ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Ενότητα 5: Επανάληψη στο Συνεχές Ρεύμα. Αριστείδης Νικ. Παυλίδης Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών και Βιομηχανικού Σχεδιασμού ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα πρέπει να έχει ευχέρεια στην αντιμετώπιση προβλημάτων στο συνεχές ρεύμα. 4
Περιεχόμενα ενότητας Βασικές έννοιες. Όργανα μετρήσεων. Νόμος του Ohm. Κανόνες του Kircoff. Ισχύς στο DC. Ασκήσεις. 5
Ανακεφαλαίωση στο ΣΥΝΕΧΕΣ ΡΕΥΜΑ (DC) 6
Βασικές έννοιες Ηλεκτρικό ρεύμα: Ροή ηλεκτρονίων. Κλειστό κύκλωμα: κλειστή διαδρομή. Αγωγοί: υλικά που επιτρέπουν την ροή ηλεκτρονίων. Ένταση (Ι): κίνηση ηλεκτρονίων προς μια κατεύθυνση. Διαφορά δυναμικού ή τάση (U ή V):δυο σημεία όπου στο ένα σημείο τα ηλεκτρόνια υπερτερούν από το άλλο. Ηλεκτρική αντίσταση: η δυσκολία που συναντάνε τα ηλεκτρόνια όταν περνάνε μέσα από ένα αγωγό. 7
Αγώγιμα υλικά Είναι τα υλικά που παρουσιάζουν μεγάλη αγωγιμότητα (ή αλλιώς μικρή ηλεκτρική αντίσταση). Αυτό σημαίνει ότι το ηλ. ρεύμα περνάει με ευκολία μέσα από την μάζα τους. 8
ΒΑΣΙΚΑ ΑΓΩΓΙΜΑ ΥΛΙΚΑ 1. Χαλκός. 2. Αλουμίνιο. 3. Πλατίνα. 4. Χρυσός. 5. Ψευδάργυρος. 6. Υδράργυρος. 7. Βολφράμιο. 8. Άνθρακας. 9. Κράματα υψηλής ηλεκτρικής αντίστασης.
Μονωτικά υλικά Είναι τα υλικά που έχουν πολύ μεγάλη ηλεκτρική αντίσταση, τόση που πρακτικά δεν επιτρέπουν το ηλ. ρεύμα να περάσει από την μάζα τους.
ΒΑΣΙΚΑ ΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 1. PVC (Πολυβινυλοχλωρίδιο). 2. Τεχνητό καουτσούκ (ελαστικό). 3. Βακελίτης. 4. Γυαλί. 5. Χαλαζίας. 6. Πορσελάνη. 7. Μίκα ή μαρμαρυγίας. 8. Μάρμαρο. 9. Ορυκτέλαια. 10. Πίσσα. 11. Μονωτικά βερνίκια.
Φορτία Οι καταναλώσεις που συνδέουμε στις ηλεκτρικές πηγές αποκαλούνται συχνά και φορτία. Οι τρεις βασικοί τύποι φορτίων είναι οι αντιστάσεις, τα πηνία και οι πυκνωτές. Εικόνα 1: Φορτία (Διδάσκων, 2014). 12
ΜΟΝΑΔΕΣ - ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΥΠΟΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ Εικόνα 2: Μονάδες υποπολαπλάσια-πολλαπλάσια (Διδάσκων, 2014). 13
Βασικά όργανα που χρησιμοποιούμε σε ηλεκτρικές μετρήσεις Πολύμετρα. Αμπερόμετρα. Βολτόμετρα. Βατόμετρα. 14
ΑΜΠΕΡΟΜΕΤΡΑ Τα Αμπερόμετρα τα συνδέουμε πάντοτε σε σειρά με το στοιχείο του οποίου την ένταση θέλουμε να μετρήσουμε. Τα χαρακτηριστικά του πηνίου τους είναι: α) Αμελητέα εσωτερική αντίσταση. β) Μεγάλη διατομή. γ) Λίγες σπείρες. Εικόνα 3: Αμπερόμετρα (Διδάσκων, 2014). 15
ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΑ Είναι όργανα που τα χρησιμοποιούμε για την μέτρηση της Ηλεκτρεγερτικής δύναμης μιας πηγής (Η.Ε.Δ.) ή της διαφοράς δυναμικού (φάσεως) μεταξύ δύο σημείων ενός οποιουδήποτε κλειστού κυκλώματος Συνδέεται πάντοτε παράλληλα με το εξεταζόμενο κύκλωμα ή στοιχείο. Τα χαρακτηριστικά του πηνίου τους είναι: α) Άπειρη εσωτερική αντίσταση. β) Μικρή διατομή. γ) Πολλές σπείρες. Εικόνα 4: Βολτόμετρα (Διδάσκων, 2014). 16
ΒΑΤΟΜΕΤΡΑ Τα μονοφασικά (Ηλεκτροδυναμικά) βατόμετρα έχουν δύο πηνία. Α) Το πηνίο αμπερομέτρου. Β) Το πηνίο βολτομέτρου. Τα βατόμετρα κάνουν συνδυασμό μετρήσεων. Εικόνα 5: Βατόμετρα (Διδάσκων, 2014). 17
ΠΟΛΥΜΕΤΡΑ Είναι όργανα τα οποία μας δίνουν τη δυνατότητα με κατάλληλο χειρισμό να μετρήσουμε διάφορα μεγέθη όπως: Τάση (AC και DC). Ένταση. Αντίσταση. Θερμοκρασία. Χωρητικότητα κ.λπ. με το ίδιο όργανο. Εικόνα 6: Πολύμετρα (Διδάσκων, 2014). 18
ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΑΜΠΕΡΟΜΕΤΡΟΥ Εικόνα 7: Συνδεσμολογία Αμπερόμετρου (Διδάσκων, 2014). 19
ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΟΥ Εικόνα 8: Συνδεσμολογία Βολτόμετρου (Διδάσκων, 2014). 20
ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ ΒΑΤΟΜΕΤΡΟΥ 3 Εικόνα 9: Συνδεσμολογία Βατόμετρου (Διδάσκων, 2014). 21
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Μηδενίζουμε το όργανο. Επιλέγουμε την μεγαλύτερη κλίμακα στον μεταγωγικό διακόπτη. Προσπαθούμε μετακινώντας τον διακόπτη προς μικρότερη κλίμακα, να φέρουμε την βελόνα από το κέντρο της κλίμακας και προς τα δεξιά της διαδρομής της. Η εύρεση της τιμής του μεγέθους που μετράμε βρίσκετε απ τον συνδυασμό δύο παραγόντων. Α) Της θέσης του μεταγωγικού διακόπτη και Β) Της θέσης της βελόνας στην κλίμακα. 22
ΣΦΑΛΜΑΤΑ Β) Σφάλματα μετρήσεων. Τα σφάλματα ανάλογα με την προέλευση τους, μπορούν βασικά να διακριθούν σε συστηματικά σφάλματα. Τα συστηματικά σφάλματα, οφείλονται συνήθως σε ατέλειες των οργάνων μέτρησης ή άλλες γνωστές αιτίες (ατέλειες οργάνων, κακή ρύθμιση μηδενός κ.λπ..). τυχαία σφάλματα. Τα τυχαία σφάλματα, οφείλονται σε άγνωστες αιτίες, δηλαδή, έχουμε προέλευση τυχαία. 23
ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM Η ένταση που διαρρέει ένα απλό κύκλωμα είναι ανάλογη με την τάση στα άκρα του κυκλώματος και αντιστρόφως ανάλογη με την συνολική αντίσταση που παρουσιάζει το κύκλωμα. Σχήμα 1: Νόμος του OHM (Διδάσκων, 2014). 24
ΚΑΝΟΝΕΣ ΤΟΥ KIRCΗΗOFF 1ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των εντάσεων. Το άθροισμα των ρευμάτων που εισέρχονται σ έναν κόμβο είναι ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων που εξέρχονται απ τον κόμβο. 2ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των τάσεων. Το άθροισμα των ανυψώσεων δυναμικού κατά μήκος οποιουδήποτε κλειστού βρόγχου είναι ίσο με το άθροισμα των πτώσεων δυναμικού. 25
1ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των εντάσεων Το αλγεβρικό άθροισμα όλων των ρευμάτων που συναντώνται σ ένα κόμβο είναι ίσο με το μηδέν. Ι-(Ι 1 +Ι 2 +Ι 3 )=0 Η τάση είναι σταθερή στα άκρα του κόμβου. Σχήμα 2: 1ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των εντάσεων (Διδάσκων, 2014). 26
2ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των τάσεων Το αλγεβρικό άθροισμα των διαφορών δυναμικού κατά μήκος ενός κλειστού βρόγχου είναι ίσο με μηδέν. U-(U 1 +U 2 +U 3 )=0 ή U=U 1 +U 2 +U 3 ή Το ρεύμα που διαρρέει τις αντιστάσεις είναι το ίδιο σε όλες τις αντιστάσεις. Σχήμα 3: 2ος κανόνας του Kirchhoff ή κανόνας των τάσεων (Διδάσκων, 2014). 27
Ισχύς Έργο : W = U*I*t (1) Ισχύς σ ένα κύκλωμα είναι ο ρυθμός κατανάλωσης έργου ή ο ρυθμός της ροής ηλεκτρικής ενέργειας και δίνεται από την σχέση: P = W / t (2) Αν τώρα στην σχέση 2 αντικαταστήσουμε την σχέση 1 το αποτέλεσμα θα είναι: P = U * I Μονάδα μέτρησης της ισχύος είναι το Watt (W). Ένα Watt είναι η ισχύς που καταναλώνεται σε έναν καταναλωτή ο οποίος διαρρέετε από ρεύμα εντάσεως ενός Ampere και στα άκρα του υπάρχει διαφορά δυναμικού ενός Volt. 1W = 1V * 1A 28
Μέτρηση ισχύος (Ο έμμεσος τρόπος) Σχήμα 4: Μέτρηση ισχύος (Διδάσκων, 2014). 29
Μέτρησης ισχύος (Άμεσος τρόπος) Σχήμα 5: Μέτρηση ισχύος-άμεσος τρόπος (Διδάσκων, 2014). 30
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Αριστείδης Νικ. Παυλίδης. «ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ- ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. 32
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 33
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 34