Att mäta spänning ström och resistans i elektriska kretsar

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Material

Arduino, breadboard, multimeter, komponenter, etc.

Teori

Mål för undervisningen

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 läser av färgkoden för ett motstånd

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.

Wikipedia:Electronic_symbol

Seriekoppling av motstånd

Two resistors in series.


Seriekoppling

Seriekopplade resistanser

En krets med tre motståd i serie.

När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.

Länkar:

  1. Seriekoppling
  2. Hur man läser av färgkoden för ett motstånd

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



Att mäta ström och spänning

How to measure i and u
How to measure i and u

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:

  1. läser instruktionen och söker information
  2. hämtar material, utför experimentet och kopplar, etc
  3. antecknar och reflekterar
  4. det finns inte multimetrar till alla utan ni får dela
  5. 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

  1. Koppla Arduinon till USB på din dator.
  2. Koppla 5v Arduino till breadboard +
  3. Koppla GND Arduino till breadboard -
  4. 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.

  1. mät motståndet och kolla hur väl det stämmer
  2. mät på ett, två, tre och fyra motstånd i serie och jämför med det teoretiska värdet (redovisa i en tabell)
  3. mät på ett, två, tre och fyra motstånd i parallel och jämför med det teoretiska värdet (redovisa i en tabell)


Hur man läser av ett motstånds färgkod: Wikipedia skriver om Resistor. Det finns bra appar också.

Mäta spänning

Ett motstånd i serie med två parallella motstånd.
Ett motstånd i serie med två parallella motstånd.
Uppgift
Fyra kretsar

Använd Arduino för att få 5V spänning och kopplingsplatta. Mät spänningen över varje enskilt motstånd samt över alla.

  1. ett motstånd och 5V
  2. flera seriekopplade motstånd
  3. flera parallellkopplade motstånd
  4. ett motstånd i serie med flera parallellkopplade motstånd

För varje krets ska du:

  • läsa av och mäta resistanser
  • mäta spänning över alla motstånd samt enskilda motstånd
  • beräkna strömmar

Du skriver en sammanfattning av dina mätdata och reflektion och lämnar in för eventuell bedöning.


Tänk på att stänga av multimetern när du är klar

Rita scheman

Fritzing

Ladda ner programmet Fritzing och rita dina egna illustrationer till rapporten.

Simulera

Hur mycket ström går genom det vänstra av de två parallella motstånden?

Det finns en enkel app där du kan simulera dina kretsar: Falstad

Uppgift tre

Uppgift
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.


Rapport

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

Hämtad från ”https://wikiskola.se/index.php?title=Att_mäta_spänning_ström_och_resistans_i_elektriska_kretsar&oldid=51910”