Součástky a materiál
- Multimetr, digitální nebo analogový
- Různé baterie
- Jedna světelná dioda (Radio Shack katalogové číslo 276-026 nebo ekvivalent)
- Malý „hobby“ motorek, s permanentním magnetem (Radio Shack katalogové číslo 273-223 nebo ekvivalent)
- Dva propojovací vodiče s koncovkami „aligátorové svorky“ (Radio Shack katalogové číslo 278-1156, 278-1157 nebo ekvivalent)
Multimetr je elektrický přístroj schopný měřit napětí, proud a odpor.
Digitální multimetry mají číselné displeje, podobně jako digitální hodiny, pro indikaci množství napětí, proudu nebo odporu.
Analogové multimetry indikují tyto veličiny pomocí pohyblivého ukazatele nad tištěnou stupnicí.
Analogové multimetry bývají levnější než digitální multimetry a jsou výhodnější jako učební pomůcky pro začínající studenty elektřiny.
Důrazně doporučuji zakoupit analogový multimetr před nákupem digitálního multimetru, ale nakonec mít ve své sadě nástrojů pro tyto experimenty oba.
KŘÍŽOVÉ ODKAZY
Učebnice elektrických obvodů, 1. díl, kapitola 1: „Základní pojmy elektřiny“
Učebnice elektrických obvodů, 1. díl, kapitola 8: „Stejnosměrné měřicí obvody“
CÍLE UČENÍ
- Jak měřit napětí
- Charakteristika napětí: Existující mezi dvěma body
- Výběr správného rozsahu měřidla
ILUSTRACE
INSTRUKCE
Ve všech experimentech v této knize budete používat nějaký druh zkušebního zařízení k měření aspektů elektřiny, které nemůžete přímo vidět, cítit, slyšet, ochutnat nebo cítit.
Elektřina – alespoň v malých, bezpečných množstvích – je naším lidským tělem necítitelná.
Vašima nejzákladnějšíma „očima“ ve světě elektřiny a elektroniky bude přístroj zvaný multimetr.
Multimetry indikují přítomnost a měří množství elektrických vlastností, jako je napětí, proud a odpor.
V tomto experimentu se seznámíte s měřením napětí.
Napětí je míra elektrického „tlaku“ připravená motivovat náboje k pohybu vodičem.
Vědecky řečeno je to měrná energie na jednotku náboje, matematicky definovaná jako jouly na coulomb.
Je to obdoba tlaku v kapalinovém systému: síla, která pohybuje kapalinou potrubím, a měří se v jednotce volt (V).
Váš multimetr by měl být dodáván se základními pokyny.
Přečtěte si je dobře! Pokud je váš multimetr digitální, bude ke svému provozu potřebovat malou baterii.
Jestliže je analogový, k měření napětí baterii nepotřebuje.
Některé digitální multimetry jsou automatické. Automatický multimetr má pouze několik poloh přepínače (voliče).
Manuální multimetry mají několik různých poloh přepínače pro každou základní veličinu: několik pro napětí, několik pro proud a několik pro odpor.
Automatický multimetr se obvykle vyskytuje pouze u dražších digitálních multimetrů a je k manuálnímu měření jako automatická převodovka k manuální převodovce v automobilu.
Automatický multimetr „řadí“ automaticky, aby našel nejlepší rozsah měření pro zobrazení konkrétní měřené veličiny.
Přepínač multimetru nastavte do polohy s nejvyšší dostupnou hodnotou „DC volt“.
Autoranging multimetry mohou mít pouze jednu polohu pro stejnosměrné napětí, v takovém případě musíte přepínač nastavit do této jedné polohy.
Přiložte červenou zkušební sondu ke kladné (+) straně baterie a černou zkušební sondu k záporné (-) straně téže baterie.
Měřič by vám nyní měl poskytnout nějakou indikaci.
Přepněte připojení zkušební sondy k baterii, pokud je indikace měřiče záporná (u analogového měřiče je záporná hodnota indikována vychýlením ukazatele doleva místo doprava).
Pokud je váš měřič typu s ručním nastavením rozsahu a přepínač byl nastaven do polohy s vysokým rozsahem, bude indikace malá.
Přepněte přepínač do dalšího nižšího nastavení rozsahu stejnosměrného napětí a znovu připojte k baterii.
Indikace by nyní měla být silnější, což se projeví větší výchylkou ukazatele (jehly) analogového měřiče nebo větším počtem aktivních číslic na displeji digitálního měřiče.
Pro dosažení nejlepších výsledků přesuňte přepínač voliče do polohy nejnižšího rozsahu, která měřič „nepřekročí“.
Překročení rozsahu analogového měřidla se označuje jako „pegged“, protože ručička bude vytlačena až na pravou stranu stupnice, za hodnotu plného rozsahu stupnice.
Překročení rozsahu digitálního měřidla někdy zobrazuje písmena „OL“ nebo řadu přerušovaných čar. Tato indikace je závislá na výrobci.
Co se stane, když se měřicí sonda měřiče dotkne pouze jednoho konce baterie?
Jak se musí měřič připojit k baterii, aby poskytl indikaci?
Co nám to říká o použití voltmetru a povaze napětí?
Existuje něco takového jako napětí „v“ jednom bodě?
Ujistěte se, že měříte více než jednu velikost baterie, a naučte se, jak na multimetru zvolit nejlepší rozsah napětí, který vám poskytne maximální indikaci bez překročení rozsahu.
Nyní přepněte multimetr na nejnižší dostupný rozsah stejnosměrného napětí a dotkněte se měřicími sondami měřiče svorek (vodičů) světelné diody (LED).
Diodová dioda je navržena tak, aby produkovala světlo, když je napájena malým množstvím elektřiny, ale LED také náhodou generuje stejnosměrné napětí, když je vystavena světlu, trochu jako solární článek.
Naměřte LED diodu směrem k jasnému zdroji světla a připojte k ní multimetr a všimněte si údaje na měřiči:
Baterie vyvíjejí elektrické napětí prostřednictvím chemických reakcí. Když se baterie „vybije“, vyčerpala svou původní zásobu chemického „paliva“.
Diodová dioda však není při výrobě napětí závislá na vnitřním „palivu“, ale přeměňuje optickou energii na elektrickou.
Dokud je k dispozici světlo, které LED diodu osvětluje, bude vytvářet napětí.
Dalším zdrojem napětí prostřednictvím přeměny energie je generátor.
Malý elektromotor uvedený v seznamu „Součásti a materiály“ funguje jako elektrický generátor, pokud se jeho hřídel otáčí mechanickou silou.
Připojte voltmetr (multimetr nastavený na funkci „volt“) ke svorkám motoru stejně, jako jste ho připojili ke svorkám LED diody, a roztočte hřídel prsty.
Metr by měl ukazovat napětí pomocí výchylky ručičky (analogově) nebo číselného údaje (digitálně).
Pokud je pro vás obtížné udržet obě měřicí sondy měřiče ve spojení se svorkami motoru a současně otáčet hřídelí prsty, můžete použít „propojovací“ dráty s aligátorovými svorkami takto:
Zjistěte vztah mezi napětím a otáčkami hřídele generátoru? Obraťte směr otáčení generátoru a všimněte si změny indikace měřiče.
Pokud obrátíte směr otáčení hřídele, změníte polaritu napětí vytvářeného generátorem.
Voltmetr indikuje polaritu podle směru pohybu ručičky (analogový) nebo znaménka číselného údaje (digitální).
Pokud je červený měřicí vodič kladný (+) a černý měřicí vodič záporný (-), bude měřič registrovat napětí v normálním směru.
Pokud je přiložené napětí opačné polarity (záporné na červeném a kladné na černém), bude měřič indikovat „obráceně“.
Pokud je přiložené napětí opačné polarity (záporné na červeném a kladné na černém), bude měřič indikovat „obráceně“.