Du behöver förstå
Detta är en relativt öppen serie laborationer där du får tänka själv och fundera. Instruktionerna är inte av fyll-i-värdet-på-strecket-typ.
Utforska Arduino.
Lär dig grundläggande ellära som du behöver i detta projekt och sedan i Fysik 1.
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.
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:
Sambandet kan också formuleras som
eller
där
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
P = U I
Effekten mäts i Watt.
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.
Wikipedia:Electronic_symbol
Seriekoppling
När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.
Länkar:
R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn
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:
Om U är spänningen över kretsen och R är den resistans som ger samma belastning som de parallella grenarna kan dessa strömmar skrivas som
vilket ger
För två parallella motstånd [math]\displaystyle{ R_1 }[/math] och [math]\displaystyle{ R_2 }[/math] är formeln för ersättningsresistansen [math]\displaystyle{ R }[/math]:
Förlängning med [math]\displaystyle{ R \cdot R_1 \cdot R_2 }[/math] ger:
Vilket förkortas till:
Omflyttning av parentesen ger:
Givet tre parallella motstånd med resistanserna 4,7Ω, 1,2Ω och 6,8Ω. Ersättningsresistansen R kan bestämmas genom
Ersättningsresistansen är således 0,84Ω.
Vid mätning av ström har multimetern extremt låg inre resistans vilket gör att mätinstrumentet inte påverkar kretsen.
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?
Kontrollmät.
Anteckna dina observationer och reflektioner för din kommande rapport.
Arduino, breadboard, multimeter, komponenter, etc.
Laborera enskilt även om ni sitter i större grupper. Du ska själv:
Du skriver rent anteckningarna och gör egna reflektioner som du efter laboration två ska sammanställa i en pdf och lämna in på lärplattformen.
Koppla bort spänningen och koppla bara på breadboard. Ställ in multimetern på att mäta resistans.
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: Wikipedia skriver om Resistor. Det finns bra appar också.
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.
Ställ in multimetern på VDC
Använd Arduino för att få 5V spänning och kopplingsplatta. Mät spänningen över varje enskilt motstånd samt över flera på en gång enligt följande instruktion:
Anteckna: För varje krets ska du:
Du skriver en sammanfattning av dina mätdata och reflektion och lämnar in för bedömning.
Tänk på att stänga av multimetern när du är klar
Tinkercad. Du kan skapa ett konto, bygga och simulera dina kretsar. Du ska rita dina egna illustrationer till rapporten.
Det är optional att testa Fritzing. Ladda ner programmet Fritzing och rita dina egna illustrationer till rapporten.
Det finns en enkel app där du kan simulera dina kretsar: Falstad. Du kan också spara kretsscheman som bilder.
Om du hinner så gör du uppgift tre.
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.
Gör något av följande
Lämna in en skriftlig rapport som pdf på skolplattformen. Rapporten kan ta formen av en loggbok med beskrivningar, data, slutsatser och reflektioner.
Bilden ger en tydlig sammanfattning av allt du ska göra i de två laborationerna.