ΑΣΚΗΣΗ 0. Όργανα - Κύκλωµα

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 0 Όργανα - Κύκλωµα ΣΥΣΚΕΥΕΣ: Ένα τροφοδοτικό, ένα βολτόµετρο, ένα αµπερόµετρο, ένα λαµπάκι πυρακτώσεως, ένας πυκνωτής. ΘΕΩΡΗΤΙΚH ΕΙΣΑΓΩΓH Ηλεκτρικό ρεύµα: Ονοµάζουµε την προσανατολισµένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων Q. Συνηθισµένες µονάδες φορτίου είναι: το κουλόµπ (Cb) στο S.I., το mcb=10-3 Cb και το µcb=10-6 Cb. Συνεχές (DC) εναλλασσόµενο (AC) ρεύµα. Όπως είπαµε ρεύµα είναι η προσανατολισµένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Αν τα φορτία αυτά κινούνται πάντα µόνο προς µία κατεύθυνση τότε το ρεύµα λέγεται συνεχές. Αν για κάποιο χρόνο κινούνται προς µια κατεύθυνση και για κάποιο χρόνο στην αντίθετη κατεύθυνση τότε το ρεύµα λέγεται εναλλασσόµενο. Ένταση ρεύµατος ή απλώς ένταση ή απλώς ρεύµα Ι: Ονοµάζουµε το πηλίκο του φορτίου dq που περνά από µια διατοµή ενός αγωγού δια του αντίστοιχου χρόνου dt (Ι=dQ/dt). Μου δείχνει πόσα πολλά φορτία περνούν από µια διατοµή στη µονάδα του χρόνου. Συνηθισµένες µονάδες ρεύµατος είναι: το Αµπέρ (Α) στο S.I., το ma=10-3 A και το µα=10-6 Α. Το ρεύµα το µετρώ συνήθως µε το αµπερόµετρο Α. Για να µετρήσω κάποιο ρεύµα πρέπει αυτό να περάσει µέσα από το αµπερόµετρο γι αυτό κόβω το κύκλωµα στο σηµείο που θέλω να µετρήσω το ρεύµα και παρεµβάλλω το αµπερόµετρο. Συνδέω όπως λέµε το αµπερόµετρο σε σειρά. Τάση ή διαφορά δυναµικού µεταξύ δύο σηµείων V: Ονοµάζουµε το πηλίκο του έργου W που παράγεται ή δαπανάται κατά τη µετακίνηση φορτίου Q από το ένα σηµείο στο άλλο δια του φορτίου Q (V=W/Q). Μου δείχνει µεταξύ δύο σηµείων ποιο έχει µεγαλύτερο δυναµικό. Συνηθισµένες µονάδες τάσης είναι: Το Βολτ (V) στο S.I.,το kv=10 3 V, το mv=10-3 V και το µv=10-6 V. Την τάση την µετρώ συνήθως µε το βολτόµετρο V. Για να µετρήσω την τάση µεταξύ δύο σηµείων αρκεί να συνδέσω τα άκρα του βολτοµέτρου στα σηµεία αυτά. Συνδέω όπως λέµε το βολτόµετρο παράλληλα. Ωµική αντίσταση αγωγού ή απλώς αντίσταση R: Ονοµάζουµε το πηλίκο της τάσης V που υπάρχει στα άκρα του αγωγού δια του ρεύµατος Ι που τον διαρρέει (R=V/I). Μου δείχνει τη δυσκολία που συναντούν τα φορτία στο

2 πέρασµα τους µέσα από το αγωγό και οφείλεται στις κρούσεις των φορτίων µε τα ιόντα του αγωγού. Συνηθισµένες µονάδες αντίστασης είναι: το ωµ (Ω) S.I., το ΚΩ=10 3 Ω και το ΜΩ=10 6 Ω. Την αντίσταση µπορώ να τη µετρήσω µε ωµόµετρο Ω. Για να µετρήσω την αντίσταση αρκεί να συνδέσω τα άκρα του ωµόµετρου στα άκρα της αντίστασης. ( Προσοχή!!! η αντίσταση πρέπει να είναι µόνη της όχι συνδεµένη µε άλλα στοιχεία.) Την αντίσταση µπορώ να τη µετρήσω και µε άλλους τρόπους όπως π.χ. από τη σχέση R=V/I. Χωρητικότητα πυκνωτή C: Ονοµάζουµε το πηλίκο του φορτίου Q του πυκνωτή δια της τάσης V του πυκνωτή (C=Q/V). Συνηθισµένες µονάδες χωρητικότητας είναι: το Φαράντ (F) στο S.I. το µf=10-6 F το nf=10-9 F και το pf=10-1 F. Τη χωρητικότητα ενός πυκνωτή µπορώ να τη µετρήσω µε όργανο που µετρά χωρητικότητα αρκεί να συνδέσω τα άκρα του οργάνου στα άκρα του πυκνωτή. ( Προσοχή!!! πυκνωτής πρέπει να είναι µόνος του όχι συνδεµένος µε άλλα στοιχεία.) Τροφοδοτικό TOPWARD TPS 303: Είναι µια πηγή συνεχούς τάσης που µπορεί να µου δώσει σταθερή τάση ή σταθερή ένταση ρεύµατος ακόµα και αν έχω µεταβολή της αντίστασης του εξωτερικού κυκλώµατος µέσα σε ορισµένα πλαίσια. Η µέγιστη τιµή της έντασης του ρεύµατος που µπορεί να δώσει είναι Όργανο ένδειξης της τάσης στην έξοδο Όργανο ένδειξης του ρεύµατος στην έξοδο TOPWARD ELECTRIC INSTRUMENTS CO. LTD. Βίδα ρύθµισης του µηδενός στο όργανο τάσης V _ A _ 3 3, Βίδα Ρύθµισης του µηδενός στο όργανο ρεύµατος ιακόπτης τροφοδοσίας POWER CV CC Έξοδος τροφοδοτικού 0-30V DC, 0-3A DC Λαµπάκι λειτουργίας VOLTAGE FINE CURRENT GND Γείωση Λαµπάκι ένδειξης σταθερής τάσης DC POWER SUPPLY MODEL TPS 000 Λαµπάκι ένδειξης σταθερού ρεύµατος Κουµπιά ρύθµισης τάσης Κουµπί ρύθµισης ρεύµατος 3

3 3Α η οποία ρυθµίζεται κατά συνεχή τρόπο από 0-3Α µε το κουµπί CURRENT. Η τάση που µπορεί να δώσει είναι από 0-30V η οποία ρυθµίζεται µε τα κουµπιά VOLTAGE κατά συνεχή τρόπο και µικροµετρικά. Ο διακόπτης POWER ανοίγει το τροφοδοτικό οπότε το λαµπάκι που είναι δίπλα του ανάβει. Την τάση που µου δίνει το τροφοδοτικό την παίρνω στην έξοδο του () και (- ). Κάτω ακριβώς υπάρχει η υποδοχή της γείωσης (GND). Την τάση που δίνει το τροφοδοτικό στην έξοδο την ρυθµίζω µε τα κουµπιά VOLTAGE. Το FINE µου τη ρυθµίζει µικροµετρικά. Το κουµπί CURRENT ρυθµίζει τη µέγιστη τιµή της έντασης του ρεύµατος που θα µου δώσει το τροφοδοτικό στην έξοδο. Το λαµπάκι CV ανάβει όταν το τροφοδοτικό δίνει σταθερή τάση. Για να δίνει σταθερή τάση το τροφοδοτικό βάζω το κουµπί CURRENT τέρµα δεξιά και τα κουµπιά VOLTAGE τέρµα αριστερά και όταν ανοίξω το τροφοδοτικό ρυθµίζω µε τα κουµπιά VOLTAGE την επιθυµητή τάση. Το λαµπάκι CC ανάβει όταν δίνει σταθερή ένταση (ρεύµατος). Για να δίνει σταθερή ένταση το τροφοδοτικό βάζω τα κουµπιά VOLTAGE τέρµα δεξιά και το κουµπί CURRENT τέρµα αριστερά και όταν ανοίξω το τροφοδοτικό ρυθµίζω µε το κουµπί CURRENT την επιθυµητή ένταση. Υπάρχουν δυο όργανα. Το ένα δείχνει την τάση σε Volt που υπάρχει στην έξοδο του τροφοδοτικού και το άλλο την ένταση που φεύγει από το τροφοδοτικό σε Amper. Κάτω από κάθε όργανο υπάρχει µια βίδα που ρυθµίζει τη βελόνα του στο µηδέν. ΨΗΦΙΑΚΟ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ ESCORT: Είναι όργανο που µπορεί να µετρήσει τάση συνεχή ή εναλλασσόµενη µέχρι 1000 Volt ρεύµα συνεχές ή εναλλασσόµενο µέχρι 0 Amper αντίσταση µέχρι 0 ΜΩ και χωρητικότητα µέχρι 0 µf. Ο διακόπτης POWER ανοίγει το πολύµετρο οπότε στην οθόνη εµφανίζεται κάποια ένδειξη. Η µαύρη υποδοχή µαζί µε την κόκκινη υποδοχή V-Ω χρησιµοποιούνται για τη µέτρηση τάσης ή αντίστασης. Η µαύρη υποδοχή µε τη διπλανή της άσπρη χρησιµοποιούνται για τη µέτρηση ρεύµατος µέχρι Amper ενώ η µαύρη υποδοχή µαζί µε την επάνω άσπρη για τη µέτρηση ρεύµατος µέχρι 0 Amper. Οι υποδοχές Cx χρησιµοποιούνται για να µετρώ χωρητικότητα. Ο διακόπτης AC-DC όταν είναι στη µέσα θέση το όργανο µετρά εναλλασσόµενο µέγεθος ενώ στην έξω συνεχές. Οι τέσσερις πρώτοι διακόπτες επιλέγουν το µέγεθος που θα µετρήσει το όργανο. Ο διακόπτης V όταν είναι πιεσµένος τότε το όργανο µετρά τάση. Αντίστοιχα αν είναι πιεσµένος ο Α µετρά ρεύµα, αν είναι ο Ω µετρά αντίσταση και αν είναι ο Cx χωρητικότητα. Οι υπόλοιποι έξι διακόπτες επιλέγουν τη µέγιστη τιµή του µεγέθους. Εάν λοιπόν είναι πιεσµένος ο πρώτος απ' αυτούς τότε το όργανο στη θέση αυτή αν µετρά τάση µπορεί να µετρήσει µέχρι 00mV όπως γράφει 4

4 πάνω του. Αν µετρά ρεύµα µπορεί να µετρήσει µέχρι 00µΑ και αν µετρά αντίσταση µέχρι 00Ω. Στη θέση αυτή δεν µετρά χωρητικότητα. Αντίστοιχα τώρα αν ο δεύτερος διακόπτης είναι πατηµένος τότε µετρά τάση µέχρι V ρεύµα µέχρι ma αντίσταση µέχρι ΚΩ και χωρητικότητα µέχρι nf. Ανάλογα ισχύουν και για τους υπόλοιπους διακόπτες. Η οθόνη είναι υγρού κρυστάλλου 3½ ψηφίων δηλαδή µπορεί να φαίνεται η ιακόπτης AC-DC (Μέσα µετρά εναλλασσόµενο µέγεθος και έξω συνεχές) Οθόνη 3 1 / ψηφίων µε αυτόµατη πολικότητα Είσοδος µέτρησης χωρητικότητας POWER DIGITAL MUTIMETER 0A V-Ω- AC DC Cx - Escort EDM-116 A 0A 1000V = ~ Max A max COM 500V max V A Ω Cx 00m 00µ 00 m K nf 0 0m 0K 0nF 00 00m 00K 00nF m 000K 000nF 0A 0M 0µF Είσοδος µέτρησης ρεύµατος µέχρι Είσοδος µέτρησης ρεύµατος µέχρι Είσοδος µέτρησης τάσηςαντίστασης ιακόπτης επιλογής του µεγέθους που θέλω να µετρήσω (Τάση-V, ρεύµα-ι, αντίσταση-ω, χωρητικότητα-c x ) τιµή του µεγέθους µε τέσσερα το πολύ ψηφία όµως το πρώτο τότε δε µπορεί να πάρει τιµή πάνω από το 1 π.χ όχι όµως είχνει αυτόµατα την πολικότητα δηλαδή εµφανίζεται ένα µείον µπροστά από την τιµή όταν η µαύρη υποδοχή, η COM, συνδέεται µε θετικό δυναµικό. είχνει το "I" αν δεν µπορεί να µετρήσει το µέγεθος στη θέση αυτή επειδή είναι µεγάλο, συνεπώς πρέπει να πιεστεί διακόπτης µεγαλύτερης τιµής. είχνει "LΟ BΑΤ" όταν η µπαταρία είναι πεσµένη. Πως φτιάχνω ένα απλό κύκλωµα στον πάγκο: Έστω ότι θέλω να φτιάξω το παρακάτω κύκλωµα στον πάγκο. Όπως βλέπω αποτελείται από µια πηγή Ε, ένα αµπερόµετρο Α, ένα καταναλωτή Κ και ένα βολτόµετρο V. Παρατηρώ ότι κάθε όργανο ή εξάρτηµα έχει δύο άκρα: από το ένα µπαίνουν τα φορτία και από το άλλο φεύγουν. Ας δούµε τώρα πως θα φτιάξω το κύκλωµα αυτό στο εργαστήριο. Βρίσκω πρώτα τα όργανα-εξαρτήµατα που θα χρησιµοποιήσω καθώς και τα δύο άκρα τους. Μετά ξεκινώ συνήθως από την πηγή και ξεχνώ κατ' αρχήν το Βολτόµετρο. Παίρνω λοιπόν ένα καλώδιο και βάζω το ένα άκρο του στο άκρο Α, δηλαδή στο () της πηγής. Το άλλο άκρο του καλωδίου το βάζω 5 ιακόπτης επιλογής της µέγιστης τιµής του µεγέθους που µπορεί να µετρήσει το όργανο

5 (όπως µου δείχνει το κύκλωµα ) στο () του αµπερόµετρου. δηλαδή ότι το το συνδέω µε το ). (Παρατηρώ B Α - Γ E A - V Ζ K - Ε Στη συνέχεια µε άλλο καλώδιο φεύγω από το άκρο Γ του αµπερόµετρου, δηλ. το (-), και πηγαίνω στο άκρο του καταναλωτή. Φεύγω από το άλλο άκρο Ε του καταναλωτή και επιστρέφω στο άλλο άκρο Ζ της πηγής, δηλ. το (-). Τέλος, συνδέω το βολτόµετρο προσέχοντας το (-) του βολτόµετρου να συνδεθεί στο άκρο του καταναλωτή που συνδέεται µε το (-) της πηγής, δηλ. στο Ε, και το () του βολτόµετρου το συνδέω στο άλλο άκρο του καταναλωτή, δηλ. στο. Π Ρ Ο Σ Ο Χ Η!!! : Τ ο µ ε ί ο ν ( - ) τ ό σ ο τ ο υ β ο λ τ ό µ ε τ ρ ο υ ό σ ο κ α ι τ ο υ α µ π ε ρ ό µ ε τ ρ ο υ, ε ί ν α ι η υ π ο δ ο χ ή C O M τ ο υ ψ η φ ι α κ ο ύ π ο λ ύ µ ε τ ρ ο υ, δ η λ. η µ α ύ ρ η υ π ο δ ο χ ή. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Πραγµατοποιούµε το παραπάνω κύκλωµα ρυθµίζουµε το τροφοδοτικό να µας δίνει σταθερή τάση και για διάφορες τιµές της τάσης µετρούµε τις αντίστοιχες εντάσεις. Στη συνέχεια, αφού ρυθµίσουµε το τροφοδοτικό να µας δίνει σταθερή ένταση ρεύµατος, για διάφορες τιµές της έντασης µετρούµε τις αντίστοιχες τάσεις. Αποσυνδέουµε το κύκλωµα και µε το πολύµετρο µετρούµε την αντίσταση του καταναλωτή Κ καθώς και τη χωρητικότητα ενός πυκνωτή. ΠΟΡΕΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1) Πραγµατοποιούµε το παραπάνω κύκλωµα. Για καταναλωτή χρησιµοποιούµε το λαµπάκι πυρακτώσεως. Ρυθµίζουµε το τροφοδοτικό να µας δίνει σταθερή τάση και τα πολύµετρα να µετρούν το κατάλληλο µέγεθος. ) Ελέγχεται το κύκλωµα από υπεύθυνο του εργαστηρίου. 6

6 3) Ανοίγουµε το κύκλωµα και ρυθµίζουµε την τάση V ώστε στο ψηφιακό πολύµετρο (βολτόµετρο) να έχουµε (4±1) V. Μετρούµε στο άλλο ψηφιακό πολύµετρο (αµπερόµετρο) την αντίστοιχη ένταση I. Όλες τις µετρήσεις τις κάνουµε µε τη µεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια. 4) Επαναλαµβάνουµε την εργασία 3 για τάση (4±1) V 5) Κλείνουµε το κύκλωµα και ρυθµίζουµε το τροφοδοτικό να µας δίνει σταθερή ένταση. Ανοίγουµε το κύκλωµα και ρυθµίζουµε την ένταση I ώστε στο ψηφιακό πολύµετρο (αµπερόµετρο) να έχουµε (14±1) ma. Μετρούµε στο άλλο ψηφιακό πολύµετρο (βολτόµετρο) την αντίστοιχη τάση. 6) Επαναλαµβάνουµε την εργασία 3 για ένταση (54±1) ma. 7) Αποσυνδέουµε το κύκλωµα και µε ένα από τα ψηφιακά πολύµετρα µετρούµε την αντίσταση R που έχει το λαµπάκι πυρακτώσεως. 8) Με το ψηφιακό πολύµετρο µετρώ επίσης την χωρητικότητα C ενός πυκνωτή. 9) Με βάση τις µετρήσεις µας συµπληρώνουµε τον παρακάτω πίνακα. α/α V(V) V(mV) I(mA) I(A) R(Ω) R(kΩ) C(pF) C(µF)