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

[TheProrok29]

Kurde, nowy miernik, pierwszy pomiar natężenia i już spalony bezpiecznik. Być może przyszedł uszkodzony. Dzięki za pomoc.

[Alias]

Dlaczego w podczas pierwszego pomiaru prądu miernik na obrazku ustawiony jest na mierzenie napięcia? Coś źle zrozumiałem, czy jak?

Edytowano Grudzień 25, 2018 przez Alias

[Treker (Damian Szymański)]

@Alias, witam na forum Widzę, że to Twoje pierwsze kroki na Forbocie, oto najważniejsze informacje na start:

• Chcesz przywitać się z innymi członkami naszej społeczności? Skorzystaj z tematu powitania użytkowników.
• Opis najciekawszych funkcji, które ułatwiają korzystanie z forum znajdziesz w temacie instrukcja korzystania z forum - co warto wiedzieć?
• Poszczególne posty możesz oceniać (pozytywnie i negatywnie) za pomocą reakcji - ikona serca w prawym dolnym rogu każdej wiadomości.

8 godzin temu, Alias napisał:

Dlaczego w podczas pierwszego pomiaru prądu miernik na obrazku ustawiony jest na mierzenie napięcia? Coś źle zrozumiałem, czy jak?

W tej części kursu jest sporo pomiarów, o który dokładnie Ci chodzi? Przy okazji: jak może zauważyłeś w kursie znajduje się informacja, że jest on właśnie aktualizowany, akurat ta cześć jest następna do wymiany i będzie podmieniona na 100% w czwartek (jest już gotowa, czeka tylko na ostatnie sprawdzenie). Jeśli się rozminiemy z odpowiedzią na forum to sprawdź ten artykuł w czwartek - na pewno wszystko będzie już wtedy jasne

[Treker (Damian Szymański)]

Miło mi poinformować, że komentowany tutaj artykuł (będący częścią kursu podstaw elektroniki) został właśnie całkowicie przepisany, zaktualizowany i wzbogacony o nowe zdjęcia oraz ilustracje. Ewentualne uwagi, literówki lub błędy dotyczące nowej wersji proszę zgłaszać w wątku zbiorczym, w którym znaleźć można więcej informacji na ten temat: Aktualizacja kursu elektroniki, poziom I - pierwszy etap

Pozostałe zagadnienia dotyczące np. wykonywania ćwiczeń z tej części kursu można nadal publikować w tym temacie

[pie23_]

Jeżeli wraz ze wzrostem prądy zmniejsza się napięcie na baterii, to dlaczego dochodzie do jej uszkodzenia (wylanie elektrolitu lub wybuchu)?

Jak w takiej baterii wytwarza się moc [W]?

Edytowano Styczeń 4, 2019 przez pie23_

[Treker (Damian Szymański)]

@pie23_, witam na forum Widzę, że to Twoje pierwsze kroki na Forbocie, oto najważniejsze informacje na start:

• Chcesz przywitać się z innymi członkami naszej społeczności? Skorzystaj z tematu powitania użytkowników.
• Opis najciekawszych funkcji, które ułatwiają korzystanie z forum znajdziesz w temacie instrukcja korzystania z forum - co warto wiedzieć?
• Poszczególne posty możesz oceniać (pozytywnie i negatywnie) za pomocą reakcji - ikona serca w prawym dolnym rogu każdej wiadomości.

6 godzin temu, pie23_ napisał:

Jeżeli wraz ze wzrostem prądy zmniejsza się napięcie na baterii, to dlaczego dochodzie do jej uszkodzenia (wylanie elektrolitu lub wybuchu)?

Jeśli z takiej baterii pobierany jest duży prąd to może ona się rozgrzać, czasami nawet bardzo mocno. Wybuch, a raczej jakieś rozszczelnienie to skrajny przypadek, ale znaczne podniesienie temperatury jest bardzo realne. Z prawdziwymi wybuchami i pożarami łatwiej spotkać się przy nieumiejętnym ładowaniu baterii lub akumulatorów - szczególnie małe, pastylkowe baterie lubią "strzelić" podczas ładowania

[pie23_]

@Treker dziękuje 

Co powoduje że bateria wydziela moc zdolną ja rozgrzać, skoro napięcie na niej spada?

Czy P=I*U nie ma tutaj zastosowania?

[marek1707]

Gdy do baterii podłączysz opornik czy cokolwiek innego - nazwijmy to obciążeniem, to w rzeczywistości układ ten ma trzy elementy (pomijając druty itp):

1. Czyste źródło napięcia czyli potencjał elektrochemiczny wynikający z użytych materiałów elektrod,

2. Rezystancję wewnętrzną baterii - to taki pasożytniczy opornik schowany w środku baterii

3. Rezystancję obciążenia

Narysuj sobie taki obwód szeregowy, czyli ogniwo z dwoma opornikami. Niech napięcie wynosi powiedzmy 9V, rezystancja wewnętrzna np. 5 Ohm a rezystancja obciążenia 100 Ohm. Policz moce wydzielające się na jednym i drugom oporniku. A teraz zmniejszaj rezystancję obciążenia, np. do 50, 20, 10, 5 i 2 Ohm za każdym razem licząc nowy prąd i moce wydzielane na obu opornikach osobno. Wnioski wrzuć tutaj i je skomentuj.

Acha, wszystko co wydzieli się w postaci ciepła na rezystancji wewnętrznej grzeje baterię. Napięcie jakie za każdym razem policzysz na rezystancji obciążenia to napięcie które mierzysz na zaciskach baterii. Popatrz jak ono się zmienia, jak zmieniają się moce i co z tego wynika.

[pie23_]

@marek1707  dziękuje, świetne zadanie 

Wraz z zmniejszenie rezystancji na obciążeniu przy stałej rezystancji wewnętrzne, dochodzi do:

1.Wzrostu natężenia w układzie

2.Większego spadku napięcia na rezystancji wewnętrznej

Czyli ciepła (moc) na baterii wzrasta 

[marek1707]

To nie wszystko. Czy policzyłeś dla wszystkich podanych rezystancji obciążenia? Możesz to zrobić w arkuszu kalk. Co się dzieje gdy zjedziesz obciążeniem poniżej rezystancji wewnętrznej baterii? Kiedy możesz pobrać (i wydzielić na obciążeniu) największą moc? Ile wtedy wydziela się w baterii?

[pie23_]

@marek1707 czy dobrze rozumiem?

Jeżeli rezystancja obciążenia się zmniejsza aż do zrównania się z rezystancją wewnętrzna, to moc się zwiększa. Największa moc (dla tego przykładu) można pobrać kiedy rezystancja wewnętrzna jest równa rezystancji obciążenia, wynosi 4,05 W dla Rw=5 ohm jaki i dla  Ro=5 ohm przy Uzas= 9 V. Gdy Ro<5 im bardziej spadnie, tym mniej mocy wydzieli się na obciążeniu a więcej na Rw, czyli baterii. Moc ogólna będzie nadal wzrastać w całym układzie zarówno na obciążeniu i rezystancji wewnętrznej.

[marek1707]

OK, to bardzo ważny wniosek. Jeżeli chcesz wyssać ze źródła maksimum mocy to musisz dopasować się odbiornikiem do rezystancji wewnętrznej tego źródła. Dlatego do wzmacniacza audio z wyjściem 4 Ohm powinieneś podłączyć kolumny 4 Ohm, każde inne będą pobierały i przetwarzały na dźwięk mniej mocy. Na tej zasadzie opiera się cała elektronika radiowa. Jeżeli antena ma 50 Ohm to i kabel musi mieć 50 Ohm i wejście odbiornika także, bo inaczej będą straty i odbiór będzie gorszy. W przypadku baterii i akumulatorów nie jest to niestety zbyt realistyczne i nie można tego traktować dosłownie, bo choć fizyka jest ta sama i moc rzeczywiście byłaby największa, to raczej żadna bateria tego nie wytrzyma. Duuużo wcześniej skończą się jej możliwości "generacji" prądu i wysyłania go do obciążenia, bo w rzeczywistym świecie żadne źródło - w szczególności te chemiczne - nie jest idealne i nie działa jak model przyjęty w powyższych obliczeniach. Np. zasilacze projektuje się tak by miały jak najmniejszą rezystancję wyjściową. Dzięki temu napięcie nie "przysiada" przy dołączaniu coraz cięższych obciążeń, ale jeśli zrobisz zasilacz 5V mający np. Rw=0.1 Ohm to przecież wcale nie znaczy, że po podłączeniu do niego opornika 0.1 Ohm dostaniesz 62.5W na obciążeniu, drugie tyle w zasilaczu i prąd 25A. Jeśli zasilacz będzie wielkości pięści to zacznie specjalnie obniżać swoje napięcie już przy prądzie 1A po to, by zabezpieczyć swoje obwody przed spaleniem. Z bateriami jest podobnie, ale tam ograniczeniem jest prędkość zachodzenia procesów chemicznych w danej temperaturze. Czytając dane katalogowe jakiegoś (sporego) akumulatora możesz dowiedzieć się, że jego rezystancja wewnętrzna wynosi np. 0.05 Ohm. To oznacza tyle, że jeśli spełnisz warunki producenta (akumulator będzie poprawnie naładowany, niezbyt stary a w pokoju będzie 25C) to możesz oczekiwać, że w zakresie podanych w katalogu prądów będzie wyglądało jakby tyle miał naprawdę gdzieś tam w środku. Dzięki temu możesz określić o ile spadnie CI napięcie przy konkretnym obciążeniu, ale w żadnym razie nie powinieneś próbować podłączać opornika 0.05 Ohm. Dużo wcześniej (w sensie wielkości prądu) napotkasz na ograniczenie dopuszczalnej szybkości rozładowania - tak baterii jak i akumulatora.

A przy okazji: podłączając znany opornik i mierząc napięcie przed i po jego podłączeniu możesz policzyć rezystancję wewnętrzną baterii. Wyprowadź sobie wzory, weź np. 22 lub 47 Ohm i spróbuj tego z baterią 9V - nową i taką trochę zjechaną. Ponieważ rezystancja wewnętrzna rośnie wraz z rozładowywaniem się, to dobry sposób na sprawdzenie stanu naładowania a także ocenę jakości i porównywanie nowych baterii. Trochę droższe alkaliczne są o niebo lepsze od tanich węglowych. Sam pomiar napięcia na pustych zaciskach w zasadzie nic nie daje.

[pie23_]

@marek1707, dziękuje bardzo  

[NiX]

Witam,

Ponawiam pytanie, które już ktoś kiedyś zadał. Wykonując ćwiczenie z drugim prawem Kirchhoffa natrafiłem na pewną rozbieżność. Przykładając końcówki do rezystora 1k otrzymuję wynik 0,86V, natomiast przykładając końcówki do rezystora 10k otrzymuję wynik 8,67V. Czyli uogólniając im większy rezystor tym większe napięcie. Patrząc na wzór z prawa Ohma ma to sens. Natomiast w kursie na podglądzie wartości te są zamienione. Poniżej załączam screena z kursu o którym mówię. Czy ja robię coś źle czy to błąd w opisie?

[Treker (Damian Szymański)]

@NiX, witam na forum Widzę, że to Twoje pierwsze kroki na Forbocie, oto najważniejsze informacje na start:

• Chcesz przywitać się z innymi członkami naszej społeczności? Skorzystaj z tematu powitania użytkowników.
• Opis najciekawszych funkcji, które ułatwiają korzystanie z forum znajdziesz w temacie instrukcja korzystania z forum - co warto wiedzieć?
• Poszczególne posty możesz oceniać (pozytywnie i negatywnie) za pomocą reakcji - ikona serca w prawym dolnym rogu każdej wiadomości.

18 minut temu, NiX napisał:

Natomiast w kursie na podglądzie wartości te są zamienione. Poniżej załączam screena z kursu o którym mówię. Czy ja robię coś źle czy to błąd w opisie?

Umieściłeś zrzut ekranu ćwiczenia z pomiarem prądu, a piszesz o pomiarze napięcia. Doprecyzuj proszę, o które ćwiczenia naprawdę chodzi