PARATEN EN MATERIALEN
- Multimeter, digitaal of analoog
- Geselecteerde batterijen
- Eén lichtgevende diode (Radio Shack catalogus # 276-026 of gelijkwaardig)
- Kleine “hobby” motor, permanent-magneet type (Radio Shack catalogus # 273-223 of gelijkwaardig)
- Twee jumper draden met “alligator clip” uiteinden (Radio Shack catalogus # 278-1156, 278-1157, of gelijkwaardig)
Een multimeter is een elektrisch instrument geschikt voor het meten van spanning, stroom, en weerstand.
Digitale multimeters hebben numerieke displays, zoals digitale klokken, voor het aangeven van de hoeveelheid spanning, stroom, of weerstand.
Analoge multimeters geven deze hoeveelheden aan door middel van een bewegende wijzer over een gedrukte schaal.
Analoge multimeters zijn over het algemeen minder duur dan digitale multimeters, en voordeliger als leermiddelen voor de beginnende student elektriciteit.
Ik raad ten zeerste aan een analoge multimeter aan te schaffen voordat u een digitale multimeter aanschaft, maar om uiteindelijk beide in uw gereedschapskist te hebben voor deze experimenten.
CROSS-REFERENTIES
Lessen in elektrische schakelingen, deel 1, hoofdstuk 1: “Basisbegrippen van elektriciteit”
Lessen in elektrische schakelingen, deel 1, hoofdstuk 8: “Gelijkstroommeetschakelingen”
LEERDOELSTELLINGEN
- Hoe meet je spanning
- Karakteristieken van spanning: bestaande tussen twee punten
- Keuze van het juiste bereik van de meter
ILLUSTRATIE
INSTRUCTIES
In alle experimenten in dit boek zult u een soort testapparatuur gebruiken om aspecten van elektriciteit te meten die u niet direct kunt zien, voelen, horen, proeven of ruiken.
Elektriciteit – althans in kleine, veilige hoeveelheden – is ongevoelig voor ons menselijk lichaam.
Jouw meest fundamentele “ogen” in de wereld van elektriciteit en elektronica zullen een apparaat zijn dat een multimeter wordt genoemd.
Multimeters geven de aanwezigheid aan van, en meten de hoeveelheid, elektrische eigenschappen zoals spanning, stroom, en weerstand.
In dit experiment zul je vertrouwd raken met het meten van spanning.
Voltage is de maat voor de elektrische “push” die klaar staat om ladingen te motiveren om door een geleider te bewegen.
In wetenschappelijke termen is het de specifieke energie per eenheid lading, wiskundig gedefinieerd als joule per coulomb.
Het is analoog aan druk in een vloeistofsysteem: de kracht die vloeistof door een pijp beweegt, en wordt gemeten in de eenheid van de Volt (V).
Uw multimeter moet worden geleverd met een aantal basisinstructies.
Lees ze goed! Als uw multimeter digitaal is, heeft hij een kleine batterij nodig om te werken.
Als hij analoog is, heeft hij geen batterij nodig om spanning te meten.
Sommige digitale multimeters zijn autoanging. Een autoranging meter heeft slechts een paar keuzeschakelaar (wijzerplaat) posities.
Manual-ranging meters hebben een aantal verschillende keuzeschakelaar posities voor elke fundamentele hoeveelheid: een aantal voor spanning, een aantal voor stroom, en een aantal voor weerstand.
Autoranging wordt meestal alleen gevonden op de duurdere digitale meters, en is tot manuele ranging als een automatische transmissie is tot een handgeschakelde versnellingsbak in een auto.
Een autoranging meter “schakelt” automatisch om het beste meetbereik te vinden om de specifieke hoeveelheid die wordt gemeten weer te geven.
Zet de keuzeschakelaar van uw multimeter op de hoogst beschikbare stand “DC volt”.
Autoranging multimeters hebben soms slechts één stand voor DC-spanning, in welk geval u de schakelaar op die ene stand moet zetten.
Raak de rode testsonde aan de positieve (+) kant van een batterij, en de zwarte testsonde aan de negatieve (-) kant van dezelfde batterij.
De meter zou u nu een soort aanwijzing moeten geven.
Wissel de verbindingen van de meetsonde met de batterij om als de aanwijzing van de meter negatief is (op een analoge meter wordt een negatieve waarde aangegeven door de wijzer die naar links afbuigt in plaats van naar rechts).
Als uw meter een handmatig bereik type is, en de keuzeschakelaar is ingesteld op een hoog bereik positie, zal de aanwijzing klein zijn.
Verplaats de keuzeschakelaar naar de volgende lagere DC voltage bereik instelling en sluit opnieuw aan op de batterij.
De aanwijzing zou nu sterker moeten zijn, zoals aangegeven door een grotere uitwijking van de analoge meterwijzer (naald), of meer actieve cijfers op het digitale meterdisplay.
Voor de beste resultaten, zet u de keuzeschakelaar op de laagste bereikinstelling die de meter niet “over-range” maakt.
Een analoge meter met een te groot bereik wordt “vastgepind” genoemd, omdat de naald helemaal naar de rechterkant van de schaal wordt geduwd, voorbij de volledige schaalwaarde.
Een digitale meter met een te groot bereik geeft soms de letters “OL” weer, of een reeks streepjeslijnen. Deze aanduiding is fabrikantspecifiek.
Wat gebeurt er als u slechts één metertestsonde aan één uiteinde van een batterij aanraakt?
Hoe moet de meter verbinding maken met de batterij om een aanwijzing te kunnen geven?
Wat vertelt dit ons over het gebruik van voltmeters en de aard van spanning?
Is er zoiets als spanning “op” een enkel punt?
Zorg ervoor dat u meer dan een maat batterij meet, en leer hoe u het beste spanningsbereik op de multimeter kunt kiezen om u de maximale indicatie te geven zonder te veel te meten.
Zet nu uw multimeter op het laagste beschikbare DC-spanningsbereik, en raak de testsondes van de meter aan de terminals (draden) van de lichtgevende diode (LED).
Een LED is ontworpen om licht te produceren wanneer deze wordt gevoed door een kleine hoeveelheid elektriciteit, maar LED’s genereren toevallig ook gelijkspanning wanneer ze worden blootgesteld aan licht, een beetje zoals een zonnecel.
Punt de LED naar een heldere lichtbron met uw multimeter erop aangesloten, en let op de aanwijzing van de meter:
Batterijen ontwikkelen elektrische spanning door chemische reacties. Wanneer een batterij “leeg raakt”, is de oorspronkelijke voorraad chemische “brandstof” uitgeput.
De LED is echter niet afhankelijk van een interne “brandstof” om spanning te genereren; in plaats daarvan zet de LED optische energie om in elektrische energie.
Zolang er licht is om de LED te verlichten, zal deze spanning produceren.
Een andere bron van spanning door energieomzetting is een generator.
De kleine elektromotor die in de lijst “Onderdelen en materialen” wordt genoemd, functioneert als een elektrische generator als zijn as door een mechanische kracht wordt rondgedraaid.
Sluit uw voltmeter (uw multimeter, ingesteld op de “volt”-functie) aan op de aansluitklemmen van de motor, net zoals u die hebt aangesloten op de aansluitklemmen van de LED, en draai de as met uw vingers rond.
De meter moet de spanning aangeven door middel van naalduitslag (analoog) of numerieke aflezing (digitaal).
Als u het moeilijk vindt om beide testsondes van de meter in verbinding te houden met de aansluitklemmen van de motor terwijl u tegelijkertijd de as met uw vingers ronddraait, kunt u krokodillenklem-“jumper”-draden als volgt gebruiken:
Bepaalt u de relatie tussen voltage en de snelheid van de generatoras? Draai de draairichting van de generator om en let op de verandering in de meteraanduiding.
Wanneer u de asomwenteling omkeert, verandert u de polariteit van de spanning die door de generator wordt gecreëerd.
De voltmeter geeft de polariteit aan door de richting van de naaldrichting (analoog) of het teken van de numerieke aanduiding (digitaal).
Wanneer de rode meetkabel positief (+) is en de zwarte meetkabel negatief (-), zal de meter spanning registreren in de normale richting.
Als de toegepaste spanning van de omgekeerde polariteit is (negatief op rood en positief op zwart), zal de meter “achteruit” aangeven.”