Kurs elektroniki – #1 – napięcie, prąd, opór i zasilanie

[Treker 3002]

@petroniusz28 na spokojnie, początki mogę być trudne, ale z czasem będzie coraz lepiej. W razie problemów śmiało pytaj na forum

[wizard8912 0]

Cześć,

Przede wszystkim to dzięki za pracą włożoną w opracowanie kursu, czyta mi się go świetnie. Mam kilka pytań, niektóre może są głupsze od innych, na niektóre mam jakieś swoje przemyślenia, które chciałbym zderzyć z odpowiedziami kogoś kto się na tym zna

1. Napięcie możemy mierzyć tylko w zamkniętym obwodzie czy tak? Jak w takim razie działa i czym różni się próbnik napięcia od woltomierza?

2. Dlaczego chcąc zmierzyć opór diody (załączonej do zestawu), zawsze otrzymuję wynik 1? Ciekawostką również jest fakt, że jak podłączam pod diodę omomierz na zakresie do 200Ω, to dioda zaczyna świecić, jak to wyjaśnić? Kolejna rzecz - jak podłączyłem pod diodę baterię 9V bez rezystora, to ją spaliłem i od tego momentu dioda wykazuje jakiś mały opór około 2Ω, mógłby ktoś doświadczony opisać o co w tym chodzi?

Z góry dziękuję.

[qnick 4]

8 godzin temu, wizard8912 napisał:

Cześć,

Przede wszystkim to dzięki za pracą włożoną w opracowanie kursu, czyta mi się go świetnie. Mam kilka pytań, niektóre może są głupsze od innych, na niektóre mam jakieś swoje przemyślenia, które chciałbym zderzyć z odpowiedziami kogoś kto się na tym zna

1. Napięcie możemy mierzyć tylko w zamkniętym obwodzie czy tak? Jak w takim razie działa i czym różni się próbnik napięcia od woltomierza?

2. Dlaczego chcąc zmierzyć opór diody (załączonej do zestawu), zawsze otrzymuję wynik 1? Ciekawostką również jest fakt, że jak podłączam pod diodę omomierz na zakresie do 200Ω, to dioda zaczyna świecić, jak to wyjaśnić? Kolejna rzecz - jak podłączyłem pod diodę baterię 9V bez rezystora, to ją spaliłem i od tego momentu dioda wykazuje jakiś mały opór około 2Ω, mógłby ktoś doświadczony opisać o co w tym chodzi?

Hej,

nie jestem doświadczony ale chyba zabrnąłem w kursach na tyle daleko, że spróbuję odpowiedzieć.

Ad. 1. Mierząc napięcie zamykamy obwód, albo podpinamy miernik/woltomierz równolegle. Nie wiem niestety co to jest próbnik napięcia.

Ad. 2. Na moim mierniku 1 pojawia się kiedy opór jest większy niż maksymalny opór w ustawionym zakresie. Prawdopodobnie dioda ma wyższy opór niż maksymalny mierzony przez twój miernik (kompletnie tego nie rozumiem, ale na logikę tak to powinno działać). Żeby zmierzyć opór trzeba podłączyć dany element do układu w którym płynie prąd i porównać przyłożone napięcie z natężeniem prądu płynącego przez obwód. Jeśli  chcesz zmierzyć opór przy pomocy multimetru to ten multimetr musi podać prąd do mierzonego elementu i dlatego dioda świeci. No a dlaczego spalona dioda ma mierzalny opór to już kompletnie nie wiem. Mam nadzieje, że nie naplotłem głupot

[Treker 3002]

@wizard8912 witam na forum  Miło słyszeć, że kurs Ci się spodobał. Jeśli chodzi o Twoje pytania to:

Dnia 8.01.2021 o 15:42, wizard8912 napisał:

1. Napięcie możemy mierzyć tylko w zamkniętym obwodzie czy tak? Jak w takim razie działa i czym różni się próbnik napięcia od woltomierza?

Tak jak wyżej napisał @qnick - to właśnie miernikiem "zamykasz obwód" i porównujesz potencjał w dwóch miejscach. Różnica tych potencjałów to właśnie napięcie. Próbnik napięcia to raczej narzędzie z warsztatu elektryka, a nie elektronika. W tej sytuacji też zamykasz obwód, bo dotykasz palcem końcówki próbnika, dzięki czemu bardzo, bardzo mały prąd przepływa przez Twoje ciało prosto do ziemi. Jednak to zupełnie inny przypadek - wyższe, przemienne napięcie itd., nie ma to wielkie odniesienia w porównaniu do obwodów, którymi zajmujemy się w tym kursie.

Dnia 8.01.2021 o 15:42, wizard8912 napisał:

2. Dlaczego chcąc zmierzyć opór diody (załączonej do zestawu), zawsze otrzymuję wynik 1? Ciekawostką również jest fakt, że jak podłączam pod diodę omomierz na zakresie do 200Ω, to dioda zaczyna świecić, jak to wyjaśnić? Kolejna rzecz - jak podłączyłem pod diodę baterię 9V bez rezystora, to ją spaliłem i od tego momentu dioda wykazuje jakiś mały opór około 2Ω, mógłby ktoś doświadczony opisać o co w tym chodzi?

Myślę, że najwięcej wyjaśni Ci się w głowie, gdy dojdziesz do ćwiczeń z diodami  W momencie przepalenia diody po prostu uszkodziłeś nieodwracalnie jej wewnętrzną strukturę, nastąpiło przebicie, element stracił całkowicie swoje właściwości - stąd inny pomiar. Nie jest to jednak żadna konkretna wartość, to raczej przypadek. Równie dobrze po "mocnym" przepaleniu diody prąd mógłby całkowicie przestać płynąć przez ten element, więc widziałbyś to jako bardzo duży opór (nieskończenie wielki).

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Narciarz 4]

Witam. Na samym początku pragnę gorąco podziękować za przygotowany przez Was kurs. Wszystko zostało całkiem nieźle wyjaśnione, podoba mi się również obrazowanie elektroniki za pomocą analogii wodnej. Jak jednak wiadomo, początki mogą być trudne i dlatego też po przeczytaniu całej tutejszej dyskusji mam jeszcze parę pytań od siebie.

1. Czy szkodliwe dla baterii lub miernika jest mierzenie napięcia większego niż to ustawione na mierniku? Nie przestrzegaliście przed takim przypadkiem, więc uznałem, że nic strasznego nie powinno się zdarzyć i postanowiłem sprawdzić to na własnej skórze. Podpiąłem więc do 9-woltowej baterii z Waszego zestawu obie sondy, podczas gdy zakres na mierniku ustawiłem na 200 mV. Nic ciekawego się (na szczęście) nie stało, miernik pokazał tylko liczbę 1. Stąd wnioskuję, że ze względu na to, iż faktyczne napięcie znajdowało się poza ustawionym zakresem, multimetr „pomyślał”, że jest ono „nieskończenie wielkie” i zwrócił wynik 1. Czy dobrze myślę, czy moje kombinatorstwo i głęboka ciekawość wywiodły mnie na manowce?  Przede wszystkim, chciałbym się dowiedzieć, czy jest jakakolwiek szansa, żeby w ten sposób uszkodzić baterię lub multimetr? – zawsze lepiej to wiedzieć na przyszłość.
2. Czy w praktyce istotny jest sposób podłączenia sond do multimetru? Z zewnątrz jestem w stanie dostrzec, że obie sondy to tylko kawałek kabelka z gumową izolacją, a jedyną różnicą między nimi jest kolor. Tak więc, czy mógłbym coś „schrzanić” po podłączeniu sondy czerwonej do gniazda COM, zaś sondy czarnej do gniazda z oznaczeniem V? Czy sondy różnią się od siebie czymś jeszcze innym niż tylko kolorem, czy może zasada „prawidłowego” podłączania sond wynika tylko i wyłącznie ze względów zwyczajowych, które panują wśród elektroników? Zdaję sobie sprawę, że zarówno w świecie elektroniki, jak i programowania trzymamy się wielu sztywnych schematów, które jak najbardziej szanuję i uznaję za słuszne, gdyż w ten sposób unikamy nieporozumień i zbędnych pomyłek. A więc czy jest to różnica techniczna, czy może kolejny taki „obyczaj”?
3. W jaki sposób możliwe jest zwarcie biegunów baterii? Nie, nie planuję robić tego u siebie, chciałbym tylko się dowiedzieć, czego powinienem się wystrzegać. Czy jeżeli złączyłbym oba bieguny jakimś przewodnikiem prądu, np. przyłożyłbym do nich nożyczki lub położyłbym baterię pionowo stykami do dołu na jakiejś stalowej powierzchni, to czy wtedy doszłoby do zwarcia? Albo „jeszcze lepiej”: skoro ciało człowieka przewodzi prąd elektryczny, to czy dotknięcie palcem obu wyprowadzeń baterii spowodowałby zwarcie? Jestem tak naprawdę nastolatkiem, i moje małe doświadczenie z elektryką czy elektroniką powoduje, że nie jestem w stanie do końca uzmysłowić sobie choćby tak banalnej sprawy. W każdym razie, zawsze staram się postępować rozsądnie – stąd też zadaję to pytanie. Co prawda, w przypadku tak małego napięcia, na którym pracujemy, może faktycznie nie grozi mi nic strasznego, ale wolę wiedzieć na przyszłość, jakich sytuacji unikać, szczególnie podczas pracy z „bardziej potężnym” prądem elektrycznym.

Moje pytania są zapewne bardzo proste, dziecinne, ale nie lubię uczyć się czegoś dalej, gdy zaczynam się gubić już na samym początku nauki. Mam nadzieję, że ktoś bardziej doświadczony w elektronice będzie w stanie objaśnić mi wszystkie te sprawy i raz na zawsze rozwiać moje wątpliwości.  Z góry dziękuję za poświęcony czas.

Edytowano Styczeń 12, 2021 przez Narciarz

[Treker 3002]

9 godzin temu, Narciarz napisał:

Witam. Na samym początku pragnę gorąco podziękować za przygotowany przez Was kurs.

@Narciarz dzięki, miło słyszeć, że kurs Ci się spodobał

Odpowiadając na Twoje pytania:

1) W zdecydowanej większości przypadków nic złego się nie stanie - szczegółów należy szukać w instrukcji konkretnego miernika. Znajdziesz tam również informacje, że "1" po lewej stronie ekranu oznacza właśnie przekroczenie zakresu. W mierniku, który używamy na potrzeby takiego kursu, nic złego nie powinno się wydarzyć w takiej sytuacji. Bateria też jest bezpieczna. Warto jednak wyrabiać sobie nawyk dobierania odpowiedniego zakresu.

2) W praktyce są to zwykłe przewody. Możesz podłączać je dowolnie, ale przyjęło się, że w elektronice masa oznaczana jest kolorem czarnym, a dodatnia szyna zasilania czerwonym. Jeśli podłączysz przewody odwrotnie to możesz później np. z rozpędu odwrotnie wpiąć miernik do jakiegoś miejsca w układzie i będziesz uzyskiwał ujemne wyniki - np. wyjdzie Ci, że bateria ma -9 V. Ale będzie to wynikało z tego, że do gniazda COM doprowadziłeś sygnał od plusa baterii, a do drugiego gniazda sygnał od plusa. W tym wypadku zdecydowanie polecam trzymać się tej właściwej konwencji.

3) Zwarcie biegunów baterii to w praktyce zwyczajnie zetknięcie ich ze sobą. Kawałek przewodu, metalowe nożyczki itd. Tak samo jak do gniazdka nie wkładamy widelca, aby nie zrobić zwarcia w domowej instalacji (i nie zabić się), tak samo w tym przypadku nie łączymy ze sobą dwóch wyprowadzeń baterii. Obwód elektryczny się wtedy zamyka, nic nie ogranicza przepływu prądu - bateria szybko się rozładuje i rozgrzeje, a w skrajnych przypadkach (przy innym typie baterii/akumulatorów) taki układ może wybuchnąć i się zapalić. Przy baterii 9 V nic takiego się nie stanie, ale nie ma żadnego sensu, aby wykonywać taki eksperyment.

9 godzin temu, Narciarz napisał:

Albo „jeszcze lepiej”: skoro ciało człowieka przewodzi prąd elektryczny, to czy dotknięcie palcem obu wyprowadzeń baterii spowodowałby zwarcie?

Tak, dotykając tych wyprowadzeń palcami też zrobisz "zwarcie", ale tutaj sytuacja wygląda już inaczej. Bo, jak pokazaliśmy w jednym z ćwiczeń, ciało człowieka stawia bardzo, ale to bardzo duży opór dla prądu, więc w takiej sytuacji popłynie wręcz pomijalnie mały prąd i nic złego się nie stanie. To zagadnienia będzie dla Ciebie dużo prostsze po 3. części kursu

9 godzin temu, Narciarz napisał:

Moje pytania są zapewne bardzo proste, dziecinne, ale nie lubię uczyć się czegoś dalej, gdy zaczynam się gubić już na samym początku nauki

Nie ma problemu, w razie wątpliwości śmiało pytaj - o to chodzi w nauce z naszych kursów

[Narciarz 4]

@Treker Dziękuję bardzo za odpowiedź – wszystko zostało profesjonalnie wyjaśnione i nie mam w tym temacie już większych wątpliwości. O ile w przypadku moich dwóch pierwszych pytań spodziewałem się podobnych odpowiedzi, to w odpowiedzi na pytanie trzecie całkiem mnie Pan zaskoczył – nie wpadłbym na to, że chodzi właśnie o opór, jaki stawia ludzkie ciało. Tak więc, teoretycznie można by było doprowadzić do zwarcia poprzez połączenie wyprowadzeń jakimś izolatorem – tylko co z tego, skoro opór byłby „nieskończenie duży”.

Myślę, że powoli rozjaśnia mi się to w głowie – a więc nie czekam już dłużej i biorę się do dalszej nauki! Raz jeszcze dziękuję za okazane wsparcie.

[Treker 3002]

@Narciarz super, że wszystko jasne - powodzenia w dalszej nauce

[Autobus86 0]

Patrząc na grafikę wpięcia równoległego i szeregowego nie widzę różnicy. Czy ja tego nie rozumiem czy grafiki są błędne?

[Treker 3002]

@Autobus86 witam na forum  Grafiki są poprawne, przyjrzyj się im dokładniej. W przypadku pomiaru napięcia miernik jest przykładany równolegle do jednego z elementów (akurat jest tam dioda świecąca). Jedna sonda miernika "za", a druga "przed" elementem. Z kolei w przypadku prąd nic takiego nie ma miejsca. Połączenie jest w jednym miejscu "rozrywane", a miernik jest podłączony do przerwy w obwodzie. Jeśli masz problemy z rozróżnieniem tych dwóch połączeń to koniecznie sprawdź jeszcze te 2 wpisy z naszego leksykonu:

• https://forbot.pl/blog/leksykon/polaczenie-szeregowe
• https://forbot.pl/blog/leksykon/polaczenie-rownolegle

[kazsa 5]

Pierwsza lekcja bardzo fajna. Nareszcie ktoś to praktycznie tłumaczy. 

Mam problem, bo nie potrafię zrozumieć dlaczego brak oporu spowoduje zwarcie i bateria się spali (a może kabel, którym jest połączona?) albo wybuchnie. Czy prąd przy zwarciu płynie w obwodzie cały czas czy przepływa tylko raz?... Dlaczego prąd nie może krążyć po obwodzie w nieskończoność skoro nie ma oporu i nie ma żadnych strat? 

Edytowano Luty 22, 2021 przez kazsa

[Gieneq 1575]

@kazsa

14 godzin temu, kazsa napisał:

Dlaczego prąd nie może krążyć po obwodzie w nieskończoność skoro nie ma oporu i nie ma żadnych strat? 

W sumie zadałaś ciekawe pytanie, bo odpowiedź jest raczej nieoczywista - tak może być zwarcie. Są urządzenia które bazują na takim zwarciu i jakoś dają radę, np. spawarka punktowa. Przez chwilę robi zwarcie i bardzo wysoki prąd topi metal.

Problem w tym że zwarcie powoduje przynajmniej 2 problemy:

• bardzo duży prąd płynący przez kable napotyka bardzo mały opór ale jednak jakiś opór wynikający z oporu metalu z którego zrobione są kable - sam ten opór powoduje nagrzewanie się kabli,
• bardzo duży prąd szybko rozładowuje baterie i szybko ją nagrzewa (zauważ, że w podobnej sytuacji gdzie jest duży przepływ np. ładując baterię w telefonie od praktycznie 1%, prąd jest duży i telefon się nagrzeje).

14 godzin temu, kazsa napisał:

Czy prąd przy zwarciu płynie w obwodzie cały czas czy przepływa tylko raz?.

Prąd jest jak łańcuch rowerowy - bateria to napęd w postaci koła zębatego a elektrony to ogniwa w łańcuchu. Kręcisz a ogniwa krążą na sztywno, bez zagęszczania i rozciągania.

Kończąc, kable mają swój opór, bardzo mały rzędu dziesiętnych części oma. Ale ten mały opór umożliwia przepływ dużego prądu, który z kolei nagrzewa kable i samą baterię - można powiedzieć że ją nadwyręża. Reakcje chemiczne zachodzą szybko, jest przy tym wymiana energii, dochodzi opór wewnętrzny i jak nie uda się tego ostudzić to zbyt wysoko wzrośnie temperatura.

Edytowano Luty 23, 2021 przez Gieneq

[kazsa 5]

@Gieneq

Dzięki za pomoc, ale twoje tłumaczenie było dla mnie jeszcze zbyt ogólne, więc poszukałam trochę w internecie. Teraz już rozumiem!

Dowiedziałam się, że prąd (dokładniej mówiąc energia prądu elekrycznego) płynąca przez rezystor zamieniana jest na ciepło, gdyby prąd płynał przez silnik elektryczny to na pracę mechaniczną. Ciepło jest energią mierzoną w dżulach i tu przyda się poczytać o prawie Joule’a. No ale skąd to ciepło się bierze? 

I teraz trzeba przypomnieć sobie trochę fizyki. Płynący prąd to nic innego jak poruszające się elektrony, które niosą ładunek elektryczny. Gdy poruszające się elektrony uderzają o atomy przewodnika to przekazują mu swoją energię. Poprzez uderzenie wprowadzają atom w drgania, a ruch powoduje ciepło. Gdy przepływ prądu jest kontrolowany to wytworzone ciepło przez kontakt z otoczeniem jest wytracane (jest czas, aby nagrzany atom ostygnął). W przypadku zwarcia nie ma na to czasu, bo elektrony szybciej się poruszają, a im szybciej tym z większą siłą uderzają o atomy i tym samym oddają więcej ciepła. Dlatego ciepło cały czas rośnie, aż coś wybuchnie lub sie spali. To jest ładnie opisane tutaj:

https://teoriaelektryki.pl/dlaczego-przewod-sie-nagrzewa-prawo-joulea/

https://teoriaelektryki.pl/czym-jest-rezystancja/

https://teoriaelektryki.pl/czym-jest-prad-elektryczny/

Oporniki mają kontrolować przepływ energii i produkowane ciepło w obwodzie inaczej np. dioda albo bateria spali się. 

 

A tu taka ciekawostka, że zgodnie z prawem Joule’a im większa rezystancja tym więcej ciepła jest generowane. Wiikipedia mówi, że “Zjawisko to jest jednak często niepożądane, na przykład przy przesyłaniu energii. Wówczas wydzielane ciepło jest energią traconą. W urządzeniach elektronicznych zjawisko Joule’a powoduje wydzielanie się ciepła wewnątrz aparatury i wymaga usuwania go stamtąd, aby urządzenie mogło stabilnie pracować. Dlatego np. komputery wymagają chłodzenia.”

Edytowano Luty 23, 2021 przez kazsa

[Gieneq 1575]

@kazsa Nie wiedziałem, że interesuje Cię taki poziom wniknięcia w temat. Rezystancja jest faktycznie obserwacją, a to o czym piszesz jest przyczyną tych obserwacji.

50 minut temu, kazsa napisał:

Zjawisko to jest jednak często niepożądane, na przykład przy przesyłaniu energii.

Tu może Cię zainteresować pytanie, dlaczego sieć wysokiego napięcia ma wysokie napięcie?  I drugie jak to się stało, że zasilacze impulsowe są takie małe, skoro dalej zasilane są z sieci 230V 50Hz. Odpowiedź wiąże się z tym od czego zależy moc, czyli energia w czasie.

21 godzin temu, kazsa napisał:

i bateria się spali

Wracając do samego pytania o baterię, które zadałaś na początku, to właśnie uszkodzenie polega na rozgrzaniu się baterii o pewnej termicznej rezystancji.

Gdy do końców baterii przyłożysz mały opór (wysoką przewodność) to elektrony nie napotkają dużej przeszkody i przepłyną tak by w chemicznym ogniwie reakcje dążyły do ustabilizowania układu. Na razie nie przejmujmy się wytrzymałości kabli. Elektrony nie napotykając większego oporu spowodują, że reakcje chemiczne zajdą szybko.

Jest to typ reakcji chemicznej egzotermicznej, w wyniku której produkty wydzielają samorzutnie ciepło. Gdyby nie istniała bariera cieplna w postaci obudowy baterii, powietrza i innych to energia cieplna byłaby natychmiastowo oddana. Niestety energia cieplna zanim ujdzie na zewnątrz spowoduje wzrost temperatury wewnątrz baterii co może doprowadzić do uszkodzenia np. styków.

Podobne zjawisko zaobserwujesz w tranzystorach i wszelkich układach w obudowach. Tranzystor może wydawać się ciepły, lecz jest to tylko na zewnątrz, wewnątrz temperatura jest dużo wyższa.

Cytat

Na razie nie przejmujmy się wytrzymałości kabli.

Teraz wracając do tego zagadnienia znowu pojawia się tu temat mocy, dlatego fajnie że masz już podstawy z tych artykułów, ale też przestudiuj ten na blogu Forobta. Masz tam 2 wzory opisujące moc czyli ilość energii jaka wydziela się w czasie. Porównaj je, zwłaszcza napięcie i prąd i to będzie odpowiedź na pytanie o straty w sieci wysokiego napięcia  

[kazsa 5]

@Gieneq poczytam