Kurs elektroniki – #3 – prawa Ohma i Kirchhoffa w praktyce

[Treker (Damian Szymański)]

patryczek803, bez pokazania tego jak masz ustawiony miernik i gdzie przykładasz przewody ciężko ocenić, co tak naprawdę się dzieje...

[Darnok]

Treker, dzięki za odpowiedź, będę badał temat.

[mivosz]

Mam pytanie odnośnie oporu wewnętrznego. Pod zdjęciami z pomiarami napisane jest :

"Jak widać na powyższym przykładzie, pobierając z baterii większy prąd będziemy otrzymywać mniejsze napięcie".

Według zdjęć największy prąd pobieramy przy rezystorze 1K ohm (bo jest najniższe napięcie) czyli w dwóch kolejnych próbach powinno wyjść większe i mniejsze napięcie (bo obciążąmy 10K ohm i bez rezystora) a tak nie jest.

Wydaję mi się że zdjęcia nie pasują do opisu albo ja czegoś nie rozumiem lub też zakradł się jakiś błąd przy podpisaniu zdjęć.

Z tego co wiem to

-bez rezystora powinno być najniższe napięcie i największy prąd

-1K ohm średnie napięcie i prąd (w odniesieniu do dwóch pozostałych)

-10K ohm napięcie największe i prąd najniższy

A ze zdjęć niestety nie dokładnie mogę odczytać wartości rezystorów ale wydaje mi się, że oba są 10k ohm ale może błędnie odczytałem.

[Treker (Damian Szymański)]

mivosz, już tłumaczę Idąc od lewej:

W przypadku pierwszym pobieramy "duży prąd", bo rezystor jest mały (1k).

W przypadku drugim pobieramy "mały prąd", bo rezystor jest większy (10k), a im większy rezystor tym mniejszy płynie prąd.

W przypadku trzecim "nie mamy prądu", bo między zaciskami baterii nie ma żadnego rezystora (opór jest nieskończenie duży).

Więc jeśli dobrze odczytałem Twoją wiadomość w swoim rozumowaniu masz 1 błąd - dotyczący ostatniego przypadku. Twój opis byłby poprawny, gdybyśmy zwarli wyjścia baterii (nieskończenie mały opór, co dałoby bardzo duży prąd), a jest wręcz odwrotnie opór tam jest olbrzymi

[mivosz]

Ok dzięki, nie wiem sam do końca dlaczego założyłem, że w trzecim przypadku (od lewej) oba wyjścia z baterii są zwarte na płytce (przecież nie ma tam połączenia w płytce stykowej). Po prostu napięcie jest takie jak mierzone byłoby bez pośrednio na baterii (pomijając oczywiście rezystancję przewodów).

[dejmieno]

A co w przypadku gdy z obliczeń wynika, że poziom spadku napięcia jest wyższy niż napięcie zasilania? Wystarczy wziąć prąd 10 mA i rezystor 10k Ohma żeby uzyskać spadek napięcia 100V.

[Elvis]

Jeśli "weźmiesz" prąd 10mA i przepuścisz go przez rezystor 10k to spadek napięcia będzie wynosił 100V - oczywiście o ile rezystor wytrzyma. Nie ma w tym nic niezwykłego, ani błędu w obliczeniach.

Problem jest jak w rzeczywistości zrealizować fragment zdania:

Wystarczy wziąć prąd 10 mA

To co próbujesz zrobić to podłączyć tzw. źródło prądowe. Większość układów zasilania z którymi mamy styczność to tzw. źródła napięciowe. Na ich wyjściu jest ustalone napięcie, np. 5V, czy 12V a prąd zależy od rezystancji podłączonego obciążenia. Jeśli do zasilacza 5V podłączysz rezystor 1k popłynie 5mA, dla 10k 0.5mA. Jeśli nic nie podłączysz, rezystancja jest nieskońoczna, a prąd nie płynie (5 / nieskończoność = 0).

Rzeczywiste źródło napięciowe ma pewne ograniczenia, np. maksymalny prąd który może dostarczyć. Idealne źródło zawsze dawałoby to samo napięcie, a prąd mógłby być dowolnie duży. W przypadku zwarcia takie źródło dałoby nieskończony prąd i zniszczyło świat - na szczęście idealne źródła istnieją tylko w teorii.

Mam nadzieję, że źródła prądowe rozumiesz i prawo ohma w ich przypadku również.

Teraz wystarczy pozamieniać słowa prąd z napięcie i ze źródła napięciowego uzyskamy źródło prądowe

Źródło prądowe dostarcza stałego prądu. Powiedzmy, że jest to 1mA. Wtedy po podłączeniu 1k na wyjściu będzie 1V, dla 10k - 10V. Jeśli na wyjściu będzie zwarcie, to napięcie wyniesie 0V. Problemem byłoby rozwarcie zacisków takiego złącza - rezystancja byłaby zerowa, więc napięcie nieskończone i znowu źródło zniszczyłoby świat. Na szczęście rzeczywiste źródła prądowe mają ograniczenia, w szczególności skończone maksymalne napięcie wyjściowe.

Teraz można łatwo wyjaśnić to o co pytałeś. Jeśli pod ręką masz "idealne źródło napięciowe" o prądzie 10mA, to podłączając 10k jako obciążenie otrzymasz 100V na wyjściu. Jak podłączysz 10M, napięcie wyniesie 100kV

Ponieważ rzeczywiste źródło prądowe ma ograniczone napięcie maksymalne, wszystko będzie zależało od właśnie tego napięcia. Jeśli jest wyższe od 100V to będzie jak w przypadku idealnym. A jeśli niższe, np. 12V to prąd będzie niższy i źródło będzie zachowywało się jak napięciowe - zamiast 10mA, dostaniemy 12V/10k, czyli 1.2mA.

[dejmieno]

Super dokładnie wyjaśnione, dziękuje.

Ciekawi mnie jeszcze jedna sprawa:

Powiedzmy, że mamy obwód który składa się z baterii 9V i rezystora 1K. W takim przypadku prąd będzie wynosić 9mA a"spadek" napięcia na rezystorze będzie wynosić wartość zasilania w tym przypadku 9V. Żeby doświadczyć faktyczny spadek to muszę wpiąć drugi rezystor lub inny element który pobiera prąd i muszę koniecznie znać wartość pobieranego prądu aby móc wyliczyć spadek napięcia np. połączenia baterii 9V -> rezystor 1K -> dioda. W tym przypadku muszę zmierzyć prąd pobierany przez diodę, dobrze myślę?

Więc jak to wygląda w praktyce, gdy np. kupuję nowy moduł który wymaga napięcia 5V a ja posiadam 7V, i jeśli chcę obniżyć napięcie poprzez rezystor to zaglądam do dokumentacji elementu i sprawdzam jaki prąd pobiera i dzięki temu będę mógł dobrać rezystor tak?

[Elvis]

Nie rozumiem po co chcesz coś dodatkowo podłączać. To co potrzebujesz to woltomierz - podłączasz go do wyprowadzeń rezystora i mierzysz napięcie. Będzie ono równe napięciu baterii pomniejszonemu o spadki na przewodach - które pewnie możesz potraktować jako zerowe. Pewien prąd popłynie przez woltomierz, ale chyba nie musisz się tym przejmować, współczesne przyrządy mają wewnętrzną rezystancję na tyle dużą, że możesz ją pominąć.

Więc pomijając przewody i niedoskonałość woltomierza: jeśli podłączasz rezystor do baterii, cały spadek napięcia odkłada się na rezystorze, czyli napięcie baterii = napięcie na rezystorze. Prąd nie ma gdzie "uciekać", więc cały płynie przez rezystor - możesz policzyć lub zmierzyć jego wartość.

Drugi układ o którym piszesz, czyli: bateria, rezystor i dioda - jest już trochę inny. Tutaj napięcie na baterii będzie równe spadkowi na rezystorze i diodzie. Wszystkie wartości możesz sprawdzić woltomierzem, powinno się zgadzać (w granicy błędu pomiarowego).

Prąd płynie taki sam przez rezystor i przez diodę - możesz go zmierzyć w dowolnym punkcie i sprawdzić, że jest taki sam. Dla rezystora możesz też policzyć z prawa ohma - spadek napięcia na rezystorze będzie spełniał znane U=R*I.

W przypadku diody jest trochę trudniej - jej rezystancja zależy od prądu/napięcia.

[fruity]

Artykuł, którego dotyczy temat jest bardzo przejrzysty i ciekawy, jednakże mam kilka pytań, które nasunęły się w trakcie przerabiania materiału

Podłączając miernik do środkowej i jednej z bocznych nóżek potencjometru podczas pomiaru rezystancji, zauważyłem, że rośnie ona od ok. 10Ω do 5kΩ (pomiar tej samej wielkości na bocznych nóżkach wskazuje 5kΩ niezależnie od położenia pokrętła).

Następnie zabrałem się do pomiaru napięcia - w pewnym momencie osiągnęło ono prawie wartość samej baterii, a z miernika wydobył się charakterystyczny zapach (przeżył!). Dopiero później zdałem sobie sprawę, że sprawcą mógł być zbyt wysoki prąd ( z obliczeń 10V / 10Ω = 1A ). Mój miernik ma 2 osobne wejścia do pomiaru prądu: max. 600mA i max. 10A, wówczas podłączony był pod to pierwsze. Czy dobrze myślę i taka sytuacja mogła mieć miejsce?

W przypadku trzecim "nie mamy prądu", bo między zaciskami baterii nie ma żadnego rezystora (opór jest nieskończenie duży).

Twój opis byłby poprawny, gdybyśmy zwarli wyjścia baterii (nieskończenie mały opór, co dałoby bardzo duży prąd), a jest wręcz odwrotnie opór tam jest olbrzymi

W drugim pytaniu chciałbym odnieść się do braku jakiegokolwiek opornika w układzie. Dlaczego wtedy opór jest nieskończony? Jak to stwierdzenie odnosi się do pomiaru prądu samej baterii? Wówczas bateria może ulec uszkodzeniu. Z powyższego cytatu wnioskuję, że sam miernik ma jakiś wewnętrzny opór, który "hamuje" prąd, ale ten sam opór nie jest "liczony" do wyniku. To prawda?

Dziękuję za odpowiedzi

[Treker (Damian Szymański)]

Podłączając miernik do środkowej i jednej z bocznych nóżek potencjometru podczas pomiaru rezystancji, zauważyłem, że rośnie ona od ok. 10Ω do 5kΩ (pomiar tej samej wielkości na bocznych nóżkach wskazuje 5kΩ niezależnie od położenia pokrętła).

Wszystko się zgadza - tak właśnie zbudowane są potencjometry. Opór zmienia się między środkową nóżką, a skrajnymi. Co do uszkodzenia miernika, to nie wiem co i jak dokładnie było podłączone. Piszesz o pomiarze napięcia, a dwa wejścia tyczą się raczej pomiarów prądu. Którą z wartości próbowałeś mierzyć? Może przez pomyłkę podłączyłeś do układu równolegle miernik w trybie pomiaru prądu (a chciałeś mierzyć napięcie)? Cały prąd popłynął wtedy przez miernik i uszkodził bezpiecznik?

W drugim pytaniu chciałbym odnieść się do braku jakiegokolwiek opornika w układzie. Dlaczego wtedy opór jest nieskończony? Jak to stwierdzenie odnosi się do pomiaru prądu samej baterii? Wówczas bateria może ulec uszkodzeniu. Z powyższego cytatu wnioskuję, że sam miernik ma jakiś wewnętrzny opór, który "hamuje" prąd, ale ten sam opór nie jest "liczony" do wyniku. To prawda?

Idealny woltomierz powinien mieć nieskończenie duży opór, aby nie zakłócać pomiarów. W przypadku amperomierza zależy nam na czymś odwrotnym, czyli nieskończenie małym oporze, aby nie fałszować pomiaru prądu pobieranego przez mierzony układ

[fruity]

Wprowadzę małą poprawkę: podłączyłem potencjometr pod baterię raz jeszcze, tak jak poprzednio, to nie miernik, a potencjometr wydał z siebie ten zapach.

Prawdopodobnie za bardzo zmniejszyłem opór pokrętłem, i popłynął przez niego zbyt duży prąd (miałem podobną sytuację z diodami prostowniczymi w jednym z ćwiczeń - też się "grzały") - rzeczywiście pomiar miernikiem wykazał ok. 400mA (od tego momentu już bardziej nie zmniejszałem oporu i odłączyłem baterię).

[Jedi24]

Wprowadzę małą poprawkę: podłączyłem potencjometr pod baterię raz jeszcze, tak jak poprzednio, to nie miernik, a potencjometr wydał z siebie ten zapach.

Prawdopodobnie za bardzo zmniejszyłem opór pokrętłem, i popłynął przez niego zbyt duży prąd (miałem podobną sytuację z diodami prostowniczymi w jednym z ćwiczeń - też się "grzały") - rzeczywiście pomiar miernikiem wykazał ok. 400mA (od tego momentu już bardziej nie zmniejszałem oporu i odłączyłem baterię).

Cześć, zrobiłem to samo. Podłączyłem potencjometr i zmniejszałem za bardzo opór, po chwili pojawił się "dymek"... jak mniemam przepłynął przez niego zbyt duży prąd ~ prawdopodobnie 0,8A? Gdzie można znaleźć dokumentacje odnoście maksymalnych prądów mogących przepłynąć przez dane urządzenie?

Znalazłem tylko dane dotyczące napięcia max~50V

[Treker (Damian Szymański)]

Jedi24, witam na forum Przez potencjometry w większości zastosowań "nie przepuszcza" się dużych prądów, bo nie ma po co. Ogólnie polecam zapoznać się z pojęciem mocy, które powinno tutaj trochę rozjaśnić. Więcej na ten temat znajdziesz w tym artykule: Czym jest moc? Jak dobrać odpowiednie elementy?

[Fisherc57]

W części "Czym jest opór wewnętrzny" jedno zdanie wprowadziło mnie w błąd: "Zmierzmy jeszcze raz prąd płynący przez rezystory" (zdanie to jest w akapicie zaczynającym się "Obrazuje to proste doświadczenie".

Zrozumiałem, że będziemy mierzyć natężenie (prąd), a rzeczywiście w doświadczeniu mierzone jest napięcie. Na zdjęciach nie widać dokładnie jak jest robiony pomiar, dopiero z opisu pod zdjęciem załapałem, że wcale nie chodzi o natężenie, a o napięcie.

Kurs jest dla osób zielonych, jak ja, więc dobrze jeśli będzie napisany jednoznacznie

Pozdrawiam