Att mäta spänning ström och resistans i elektriska kretsar
Material
Arduino, breadboard, multimeter, komponenter, etc.
Teori
Syfte
Utforska Arduino.
Lär dig grundläggande ellära som du behöver i detta projekt och sedan i Fysik 1.
Teori - Ohms lag. :
Linjärt samband enligt Ohms lag mellan spänning och ström för ett motstånd på 5 kilo-ohm
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]\displaystyle{ U=R \cdot I }[/math]
Sambandet kan också formuleras som
- [math]\displaystyle{ I=\frac{U}{R} }[/math]
eller
- [math]\displaystyle{ R=\frac{U}{I} }[/math]
där
- U = Spänning|Spänning [V]
- I = Ström [A]
- R =[Resistans [Ω]
För olinjära resistorer är R inte konstant utan en funktion av spänning, ström, ljus, värme eller någon annan faktor.
Texten från svenska Wp: 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.
Seriekoppling av motstånd
Seriekopplade resistanser
När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.
Länkar:
- Seriekoppling
- Hur man läser av färgkoden för ett motstånd
R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn
Parallellkopplade resistanser
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
|
Att mäta ström och spänning
Vid mätning av ström har multimetern extremt låg inre resistans vilket gör att mätinstrumentet inte påverkar kretsen.
Uppgift
Laborera enskilt även om ni sitter i större grupper:
- läser instruktionen och söker information
- hämtar material, utför experimentet och kopplar, etc
- antecknar och reflekterar
- det finns inte multimetrar till alla utan ni får dela
- var och en av er kopplar på breadboard med spänning från Arduinon.
Samtliga skriver rent anteckningarna och gör egna reflektioner samt lämnar in en pdf på lärplattformen.
Spänning
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.
Resistans - Läs av, mät och beräkna
Uppgift |
---|
Koppla bort spänningen och koppla bara på breadboard. Ställ in multimetern på att mäta resistans.
|
Hur man läser av ett motstånds färgkod: Wikipedia skriver om Resistor. Det finns bra appar också.
Mäta spänning
Uppgift |
---|
Fyra kretsar
För varje krets ska du:
Du skriver en sammanfattning av dina mätdata och reflektion och lämnar in för eventuell bedöning. |
Rita scheman
Fritzing
Ladda ner programmet Fritzing och rita dina egna illustrationer till rapporten.
Simulera
Det finns en enkel app där du kan simulera dina kretsar: Falstad
Rapport
Lämna in en skriftlig rapport som pdf på skolplattformen. Rapporten kan ta formen av en loggbok med beskrivningar, data, slutsatser och reflektioner.