ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΤΡΙΩΡΟ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: ΕΠΩΝΥΜΟ: ΟΝΟΜΑ: ΑΜ: Περιεχόμενα 1 ΣΚΟΠΟΣ 1 2 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ 1 2.1 ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ ΣΕ ΣΕΙΡΑ 1 2.2 ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΤΙΜΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 2 2.3 ΡΕΥΜΑ ΣΕ ΚΥΚΛΩΜΑ ΣΕ ΣΕΙΡΑ 3 2.4 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ OHM 4 2.5 ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΗΣ ΤΟΥ KIRCHHOFF 5 3 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ 7 4 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ 7 5 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 7 5.1 ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 7 5.2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΕ ΕΝ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ 8 5.3 ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΗΣ ΤΟΥ KIRCHHOFF 9 5.4 ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΑΝΟΙΚΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ 10 5.5 ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ 11 6 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 12
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1 Σκοπός Σκοποί της άσκησης είναι: Να αναγνωρίζεται ένα κύκλωμα αντιστάσεων σε σειρά Να καθορίζεται η συνολική αντίσταση Να καθορίζεται το ρεύμα σε κύκλωμα σύνδεσης σε σειρά Να εφαρμοστεί ο νόμος του Ohm σε κύκλωμα σύνδεσης σε σειρά Να εφαρμοστεί ο νόμος τάσεων του Kirchhoff 2 Θεωρητικό υπόβαθρο 2.1 Αντιστάσεις σε σειρά Η Εικόνα 21(α) παρουσιάζει δύο αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά μεταξύ των σημείων Α και Β. Η Εικόνα 21(β) και η Εικόνα 21(γ) παρουσιάζουν τρεις και τέσσερις αντιστάσεις σε σειρά αντίστοιχα. Προφανώς, μπορεί να υπάρξει οποιοδήποτε πλήθος αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά. R 4 (α) (β) (γ) Εικόνα 21. Αντιστάσεις σε σειρά. Όταν μία πηγή τάσης συνδεθεί μεταξύ των σημείων Α και Β, η μόνη διαδρομή που μπορεί να ακολουθήσει το ρεύμα για να πάει από το ένα σημείο στο άλλο είναι μόνο μέσω όλων των συνδεδεμένων αντιστάσεων. Με βάση αυτή την παρατήρηση, μπορεί να διατυπωθεί η ακόλουθη πρόταση που περιγράφει τη σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά: Όταν αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά υπάρχει μόνο μία διαδρομή για το ρεύμα, έτσι ώστε το ίδιο ρεύμα θα διαρρέει κάθε αντίσταση. Σε ένα κυκλωματικό διάγραμμα, μπορεί να μην είναι πάντα εύκολο να αναγνωριστεί οπτικά η σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά. Για παράδειγμα η Εικόνα 22 παρουσιάζει παραδείγματα σύνδεσης αντιστάσεων σε σειρά, στις οποίες εφαρμόζεται τάση. Πάντα πρέπει να θυμόμαστε ότι εάν υπάρχει μόνο μία διαδρομή για το ρεύμα μεταξύ δύο σημείων, τότε οι αντιστάσεις μεταξύ των δύο σημείων θα είναι σε σειρά, ανεξάρτητα πως εμφανίζονται στο διάγραμμα. Εικόνα 22. Παραδείγματα σύνδεσης αντιστάσεων σε σειρά. Το ρεύμα είναι το ίδιο παντού, επειδή υπάρχει μόνο μία διαδρομή για το ρεύμα μεταξύ Α και Β. 1
ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ 2.2 Συνολική τιμή αντίστασης Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όταν υπάρχει σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά, το ίδιο ρεύμα θα διέλθει από όλες τις αντιστάσεις. Συνεπώς, η συνολική αντίσταση που αντιμετωπίζει το ρεύμα αποτελείται από το άθροισμα όλων των επιμέρους αντιστάσεων. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλήθος αντιστάσεων που συνδέονται σε σειρά τόσο μεγαλύτερη θα είναι η συνολική τιμή της αντίστασης. Η Εικόνα 23 παρουσιάζει με ποιον τρόπο η προσθήκη αντιστάσεων σε σειρά αυξάνει τη συνολική αντίσταση. Συγκεκριμένα, στην Εικόνα 23(α) υπάρχει μία μόνο αντίσταση 10Ω. Στην Εικόνα 23(β) έχει συνδεθεί σε σειρά άλλη μία αντίσταση 10Ω, δημιουργώντας μία συνολική αντίσταση 20Ω. Εάν συνδεθεί σε σειρά και μία τρίτη αντίσταση 10Ω, όπως φαίνεται στην Εικόνα 23(γ), η συνολική αντίσταση θα γίνει 30Ω. 10Ω 10Ω 10Ω 10Ω 10Ω 20Ω 10Ω 10Ω 30Ω (α) (β) (γ) Εικόνα 23. Η συνολική αντίσταση αυξάνει με κάθε επιπλέον αντίσταση. Γενικά, για οποιοδήποτε πλήθος αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά, η συνολική αντίσταση είναι το άθροισμα των επιμέρους τιμών: R T = R n όπου R T είναι η συνολική τιμή αντίστασης και R n είναι η τελευταία αντίσταση στη σειρά των αντιστάσεων (n μπορεί να είναι οποιοσδήποτε θετικός ακέραιος ίσος με το πλήθος των αντιστάσεων σε σειρά). Για παράδειγμα, εάν υπάρχουν τέσσερις αντιστάσεις σε σειρά (n = 4), η σχέση για τη συνολική αντίσταση είναι: R T = R 4 Εάν υπάρχουν έξι αντιστάσεις σε σειρά (n = 6), η συνολική αντίσταση θα είναι: R T = R 4 R 5 R 6 Έστω, το κύκλωμα που παρουσιάζει η Εικόνα 24 το οποίο περιλαμβάνει πέντε αντιστάσεις σε σειρά. Με συμβολίζεται η πηγή τάσης. Η συνολική τιμή της αντίστασης, R T, είναι το άθροισμα των πέντε επιμέρους τιμών: R T = 56Ω 100Ω27Ω10Ω47Ω = 240Ω 2
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 56Ω 100Ω 27Ω R 5 R 4 47Ω 10Ω Εικόνα 24. Παράδειγμα πέντε αντιστάσεων σε σειρά. Είναι προφανές ότι η σειρά με την οποία οι αντιστάσεις προστίθενται δεν έχει σημασία. Επίσης, η θέση των αντιστάσεων στο κύκλωμα μπορεί να αλλάξει χωρίς να επηρεαστεί η συνολική αντίσταση ή το ρεύμα. 2.3 Ρεύμα σε κύκλωμα σε σειρά Στην Εικόνα 25 παρουσιάζονται τρεις αντιστάσεις σε σειρά με πηγή σταθερής τάσης. Για ένα τέτοιο κύκλωμα, το ρεύμα που εισέρχεται σε κάθε σημείο πρέπει να είναι ίσο με το ρεύμα που εξέρχεται από το σημείο αυτό, όπως παρουσιάζονται από τα βέλη που δείχνουν τη φορά του ρεύματος. Επίσης, πρέπει να παρατηρηθεί ότι το ρεύμα που εξέρχεται από κάθε αντίσταση πρέπει να ισούται με το ρεύμα που εισέρχεται σε αυτή, καθώς δεν υπάρχει κάποιος άλλος κλάδος του κυκλώματος όπου θα μπορούσε να ρεύμα να μεταβεί. Επομένως, το ρεύμα σε κάθε τμήμα του κυκλώματος είναι το ίδιο με το ρεύμα σε όλα τα άλλα τμήματά του. I I I I I (α) (β) Εικόνα 25. Σε κύκλωμα σε σειρά, το ρεύμα που εισέρχεται σε οποιοδήποτε σημείο είναι το ίδιο με το ρεύμα που εξέρχεται από αυτό. Για παράδειγμα, ας υποτεθεί ότι η πηγή στην Εικόνα 25 παρέχει ρεύμα 1,82m. Εάν όργανα μέτρησης ρεύματος (αμπερόμετρα) συνδεθούν σε διάφορα σημεία στο κύκλωμα, όπως φαίνεται στην Εικόνα 26, τότε κάθε όργανο θα δείχνει την ένδειξη 1,82m. 3
ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ (α) (β) Εικόνα 26. Το ρεύμα είναι το ίδιο σε όλα τα σημεία σε ένα κύκλωμα σε σειρά. 1,82 1,82 m m 1,82 m 1,82 m 2.4 Εφαρμογή του νόμου του Ohm Τα παρακάτω βασικά σημεία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη όταν αναλύεται ένα κύκλωμα σε σειρά: 1. Το ρεύμα σε κάθε αντίσταση είναι το ίδιο με το συνολικό ρεύμα. 2. Εάν είναι γνωστή η τάση V T στη συνολική αντίσταση, το συνολικό ρεύμα I T υπολογίζεται με χρήση του νόμου του Ohm: I T = V T R T 3. Εάν είναι γνωστή η τάση σε κάποια από τις αντιστάσεις (R x ), το συνολικό ρεύμα υπολογίζεται από τον νόμο του Ohm: I T = V x R x 4. Εάν είναι γνωστό το συνολικό ρεύμα I T, η τάση στα άκρα οποιασδήποτε αντίστασης δίνεται από τον νόμο του Ohm: V x = I T R x 5. Η τάση σε μία αντίσταση είναι μεγαλύτερη στον ακροδέκτη που είναι πλησιέστερα στον θετικό ακροδέκτη της πηγής τάσης. 6. Το ρεύμα σε μία αντίσταση θεωρείται ότι εισέρχεται στον ακροδέκτη της αντίστασης που έχει μεγαλύτερη τάση και να εξέρχεται από τον δεύτερο ακροδέκτη της. 7. Εάν διακοπεί κάποια σύνδεση (ανοικτό κύκλωμα) σε ένα κύκλωμα σε σειρά, τότε δεν θα υπάρχει ροή ρεύματος και επομένως η τάση στα άκρα κάθε αντίστασης θα είναι μηδέν. Η τάση της πηγής θα εμφανιστεί ανάμεσα στα σημεία όπου έχει διακοπεί το κύκλωμα. Για παράδειγμα, έστω το κύκλωμα που φαίνεται στην Εικόνα 27 Σε κάθε αντίσταση, ο ακροδέκτης που έχει τη σήμανση έχει μεγαλύτερη τάση από τον ακροδέκτη με τη σήμανση. Το ρεύμα θεωρείται ότι εισέρχεται στον ακροδέκτη με τη σήμανση και εξέρχεται από τον ακροδέκτη με τη σήμανση. Η συνολική αντίσταση είναι: 4
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ R T = R 4 = 820Ω 220Ω 150Ω 100Ω = 1290Ω = 1,29kΩ Το συνολικό ρεύμα, το οποίο είναι και το ρεύμα σε κάθε αντίσταση, υπολογίζεται από τον νόμο του Ohm: Τέλος, η τάση στα άκρα κάθε αντίστασης είναι: Για τη : 820Ω 0,0194 = 15,9V Για τη : 220Ω 0,0194 = 4,3V Για τη : 150Ω 0,0194 = 2,9V Για τη R 4 : 100Ω 0,0194 = 1,9V I T = = 25V = 0,0194 = 19,4m R T 1,29kΩ 25V R 2 T I 820Ω T I 220Ω T I R 4 100Ω T I 150Ω 2.5 Νόμος τάσης του Kirchhoff Εικόνα 27. Παράδειγμα ανάλυσης κυκλώματος σε σειρά. Παραπάνω αναφέρθηκε ότι η τάση στα άκρα μίας αντίστασης είναι μεγαλύτερη στο άκρο που είναι πιο κοντά στον θετικό ακροδέκτη της πηγής τάσης. Συνήθως, η διαφορά στην τάση ανάμεσα στα άκρα μία αντίστασης αναφέρεται ως πτώση τάσης (voltage drop). H Εικόνα 28 παρουσιάζει ένα κύκλωμα με τρεις αντιστάσεις και μία πηγή τάσης σε σειρά, όπου έχει σημειωθεί η πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση. V 2 V 1 V 3 Εικόνα 28. Παρουσίαση της πολικότητας των τάσεων σε μία κλειστή διαδρομή ενός κυκλώματος. 5
ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ Με αναφορά την Εικόνα 28, η συνολική τάση,, ανάμεσα στους ακροδέκτες και Β της πηγής τάσης εμφανίζεται ως πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση. Με άλλα λόγια, η τάση της πηγής ισούται με το άθροισμα των πτώσεων τάσεων στις αντιστάσεις. Αυτό αποτελεί τον νομό τάσης του Kirchhoff: Το άθροισμα των πτώσεων τάσης σε μία κλειστή διαδρομή σε ένα κύκλωμα ισούται με τη συνολική τάση της πηγής στη διαδρομή αυτή. Επομένως, για ένα γενικό κύκλωμα σύνδεσης σε σειρά, το οποίο περιλαμβάνει n αντιστάσεις, όπως φαίνεται στην Εικόνα 29, ο νόμος του Kirchhoff γράφεται ως ακολούθως: = V 1 V 2 V 3 V n V 1 = V 2 V 3 Εικόνα 29. Το άθροισμα των πτώσεων τάσης είναι ίσο με την τάση της πηγής. Ο νόμος του Kirchhoff μπορεί να επιβεβαιωθεί πειραματικά μετρώντας την τάση της πηγής και την πτώση τάσης κάθε αντίστασης, όπως φαίνεται στην Εικόνα 210. Όταν οι τάσεις σε κάθε αντίσταση προστεθούν, το άθροισμά τους θα ισούται με την τάση της πηγής. V n Εικόνα 210. Πειραματική επιβεβαίωση του νόμου Kirchhoff. 6
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 3 Εξοπλισμός Συμπληρώστε τον ακόλουθο πίνακα. Είδος Μοντέλο Σειριακός Αριθμός Ψηφιακό πολύμετρο Τροφοδοτικό readboard Κουτί υλικών 4 Εξαρτήματα Επιβεβαιώστε ότι το κουτί περιέχει τα ακόλουθα εξαρτήματα: 1 αντίσταση 1kΩ ανοχής 5% 1 αντίσταση ανοχής 5% 1 αντίσταση 3,3kΩ ανοχής 5% Σημειώστε τα χρώματα όλων των αντιστάσεων, μετρήστε τις με το πολύμετρο και συμπληρώστε τον επόμενο πίνακα. Πίνακας 41. Χρωματική κωδικοποίηση και μετρούμενες τιμές αντιστάσεων. Χρώματα Μέτρηση πολυμέτρου Τιμή ± Ανοχή Ζώνη 1 Ζώνη 2 Ζώνη 3 Ζώνη 4 1kΩ ± 5% ± 5% 3,3kΩ ± 5% 5 Εργαστηριακή διαδικασία 5.1 Μέτρηση συνολικής αντίστασης Β1. Για το κύκλωμα που φαίνεται στην Εικόνα 51, υπολογίστε θεωρητικά τις τιμές των αντιστάσεων μεταξύ των σημείων ΑΓ, ΒΔ, και ΑΔ. Καταγράψτε τις τιμές στη δεύτερη στήλη του Πίνακα 51 που δίνεται παρακάτω. 1kΩ Δ 3,3kΩ Γ Εικόνα 51. Β2. Υλοποιήστε στο breadboard το κύκλωμα που δείχνει η Εικόνα 51, όπως φαίνεται ακολούθως. 7
ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ Γ Δ Εικόνα 52. Β3. Μετρήστε με το πολύμετρο τις τιμές της αντίστασης μεταξύ των σημείων ΑΓ, ΒΔ, και ΑΔ. Καταγράψτε τις μετρούμενες τιμές στην τελευταία στήλη του Πίνακα 51. Πίνακας 51. Ζεύγος σημείων Θεωρητική τιμή αντίστασης (kω) Μέτρηση αντίστασης (kω) ΑΓ ΒΔ ΑΔ 5.2 Μέτρηση ρεύματος σε εν σειρά σύνδεση Β4. Για το κύκλωμα που φαίνεται στην Εικόνα 53, υπολογίστε τη θεωρητική τιμή του ρεύματος και καταγράψτε την τιμή στην πρώτη στήλη του Πίνακα 52 που δίνεται παρακάτω. 9V 1kΩ 3,3kΩ Εικόνα 53. Β5. Ρυθμίστε το τροφοδοτικό στα 9V. Β6. Μετρήστε και καταγράψτε την τάση του τροφοδοτικού. Δ Τάση τροφοδοτικού (V) 8 Γ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Β7. Κλείστε την τροφοδοσία του κυκλώματος. Β8. Συνδέστε το σημείο Δ με ένα μαύρο καλώδιο στη γη αναφοράς. Β9. Προετοιμάστε το πολύμετρο για μέτρηση ρεύματος: a. Τοποθετήστε το μαύρο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη COM. b. Τοποθετήστε το κόκκινο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη m. c. Θέστε τον περιστροφικό διακόπτη στη θέση μέτρηση συνεχούς ρεύματος και στην κλίμακα των 20m. Β10. Μετρήστε το ρεύμα στο σημεία Α. Για τον σκοπό αυτόν, το πολύμετρο πρέπει να τοποθετηθεί σε σειρά μεταξύ του τροφοδοτικού και της αντίστασης : a. Συνδέστε το κόκκινο καλώδιο του πολυμέτρου στη γραμμή τροφοδοσία (πάνω κόκκινη γραμμή) του breadboard. b. Συνδέστε το μαύρο καλώδιο του πολυμέτρου στο σημείο Α στο breadboard (Εικόνα 52). Β11. Ζητείστε από τον διδάσκοντα να ελέγξει το κύκλωμα πριν δώσετε τροφοδοσία. Β12. Αφού ελεγχθεί το κύκλωμα από τον διδάσκοντα, ανοίξτε την τροφοδοσία. Καταγράψτε την μετρούμενη τιμή του ρεύματος στη δεύτερη στήλη του Πίνακα 52. Β13. Τοποθετήστε κατάλληλα το πολύμετρο στο breadboard ώστε να μετρηθεί το ρεύμα στα σημεία Β και Γ. Καταγράψτε τις μετρούμενες τιμές του ρεύματος στις αντίστοιχες στήλες του Πίνακα 52. Θεωρητική τιμή ρεύματος (m) Πίνακας 52. Θεωρητική τιμή και μετρήσεις ρεύματος. Μέτρηση Μέτρηση ρεύματος στο ρεύματος στο σημείο Α (m) σημείο (m) Μέτρηση ρεύματος στο σημείο Γ (m) 5.3 Νόμος τάσης του Kirchhoff Β14. Κλείστε την τροφοδοσία του κυκλώματος. Β15. Για το κύκλωμα που φαίνεται στην Εικόνα 53, σημειώστε στον Πίνακα 53 ποιος από τους δύο ακροδέκτες κάθε αντίστασης έχει την υψηλότερη τάση. Πίνακας 53. Αντίσταση Ακροδέκτης υψηλότερης τάσης Β16. Χρησιμοποιείστε την θεωρητική τιμή του ρεύματος που υπολογίσατε προηγουμένως και εφαρμόστε τον νόμο του Ohm για να υπολογίσετε τις πτώσεις τάσεις στις αντιστάσεις, και. Καταγράψτε τις τιμές που υπολογίσατε στη δεύτερη στήλη του Πίνακα 5.4 που δίνεται παρακάτω. Β17. Αφαιρέστε το πολύμετρο από το breadboard και διαμορφώστε το κύκλωμα ώστε να είναι όπως φαίνεται στην Εικόνα 53. Β18. Προετοιμάστε το πολύμετρο για μέτρηση τάσης: 9
ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ a. Τοποθετήστε το μαύρο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη COM. b. Τοποθετήστε το κόκκινο καλώδιο στην υποδοχή που φέρει την ένδειξη V/Ω. c. Θέστε τον περιστροφικό διακόπτη στη θέση μέτρηση συνεχούς τάσης και στην κλίμακα των 20V. Β19. Μετρήστε την πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση. Για να γίνει αυτό συνδέστε το πολύμετρο παράλληλα με την αντίσταση. Το κόκκινο καλώδιο του πολυμέτρου πρέπει να συνδεθεί στον ακροδέκτη που έχει τη μεγαλύτερη τάση από τους δύο (Υπόδειξη: Συμβουλευτείτε τον Πίνακα 53). Καταγράψτε τις μετρούμενες τιμές στην τρίτη στήλη του Πίνακα 54. Β20. Υπολογίστε την ποσοστιαία απόκλιση μεταξύ θεωρητικής και μετρούμενης τιμής και καταχωρήστε την στην τελευταία στήλη του Πίνακα 54. Πίνακας 54. Θεωρητικές και μετρούμενες τιμές πτώσης τάσης για τάση τροφοδοσίας 9V. Αντίσταση Θεωρητική τιμή πτώσης Μετρούμενη τιμή πτώσης Ποσοστιαία τάσης (V) τάσης (V) απόκλιση 5.4 Ανίχνευση ανοικτού κυκλώματος Β21. Κλείστε την τροφοδοσία του κυκλώματος. Β22. Αφαιρέστε τη σύνδεση μεταξύ των αντιστάσεων και ώστε να δημιουργηθεί ένα ανοικτό κύκλωμα, όπως φαίνεται στην Εικόνα 54 9V 1kΩ Δ Εικόνα 54. Β23. Μετρήστε την τάση μεταξύ των σημείων, Β Γ, ΓΔ και ΒΒ (Υπόδειξη: Τοποθετήστε το κόκκινο καλώδιο του πολυμέτρου στο πρώτο σημείο του ζεύγους και το μαύρο καλώδιο στο δεύτερο σημείο). Καταγράψτε τις μετρήσεις στον Πίνακα 55. Πίνακας 55. Μετρήσεις τάσης σε ανοικτό κύκλωμα. Ζεύγος σημείων Μέτρηση τάσης (V) Γ ΓΔ ΒΒ 3,3kΩ 10 Γ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 5.5 Ανίχνευση βραχυκυκλώματος Β24. Επαναφέρατε τη σύνδεση μεταξύ των αντιστάσεων και. Β25. Βραχυκυκλώστε τα σημεία Β και Δ, όπως φαίνεται στην Εικόνα 55. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να παρακαμφθούν οι αντιστάσεις και. 9V 1kΩ Δ 3,3kΩ Γ Εικόνα 55. Β26. Προετοιμάστε το πολύμετρο για μέτρηση ρεύματος και μετρήστε το ρεύμα στα σημεία Α, Β, και Γ. Καταγράψτε τις μετρήσεις στον Πίνακα 56. Πίνακας 56. Μετρήσεις ρεύματος σε βραχυκύκλωμα. Σημείο Μέτρηση ρεύματος (m) Β Γ 11
6 Ερωτήσεις ανάλυσης αποτελεσμάτων ΑΣΚΗΣΗ 4 ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ Ε1. Για το κύκλωμα που φαίνεται στην Εικόνα 53, ποια είναι η αναμενόμενη μέτρηση ρεύματος στο σημείο Δ; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε2. Επιβεβαιώνεται ο νόμος του Ohm σε κάθε αντίσταση του κυκλώματος; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε3. Επιβεβαιώνεται ο νόμος τάσης του Kirchhoff; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε4. Εάν αφαιρούσαμε την αντίσταση και συνδέαμε σε σειρά τις αντιστάσεις και, πόσο θα ήταν η συνολική αντίσταση; Πόσο θα ήταν το συνολικό ρεύμα; Πόσο θα ήταν η πτώση τάσης σε κάθε αντίσταση; Ε5. Απαντήστε στα ίδια ερωτήματα με το Ε4 στην περίπτωση που μεταξύ των αντιστάσεων και συνδεόταν σε σειρά μία τέταρτη αντίσταση τιμής 4,7kΩ. Ε6. Πως θα μπορούσε να ανιχνευτεί η ύπαρξη ανοικτού κυκλώματος; Ε7. Συγκρίνοντας τις μετρήσεις ρεύματος από τους Πίνακες 52 και 56, η ύπαρξη βραχυκυκλώματος προκαλεί αύξηση ή μείωση του ρεύματος σε ένα κύκλωμα σε σειρά; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ε8. Παρακάτω δίνεται η εικόνα μίας πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PC). α) Βρείτε τις ομάδες αντιστάσεων που είναι σε σύνδεση σε σειρά. β) Πως πρέπει να διασυνδεθούν οι ακροδέκτες 1 έως 8 ώστε όλες οι αντιστάσεις να είναι σε σειρά; 1 2 3 4 2 5 R 6 R 8 3 R 7 4 6 R 4 R 9 1 5 7 R 5 0 6 8 12