PARTY I MATERIAŁY
- Multimetr, cyfrowy lub analogowy
- Przykładowe baterie
- Jedna dioda świecąca (katalog Radio Shack # 276-026 lub równoważny)
- Mały silnik „hobbystyczny”, z magnesem stałym (katalog Radio Shack # 273-223 lub równoważny)
- Dwa przewody połączeniowe z końcówkami typu „alligator clip” (katalog Radio Shack # 278-1156, 278-1157, lub równoważne)
Multimetr jest przyrządem elektrycznym zdolnym do pomiaru napięcia, prądu i oporu.
Multimetry cyfrowe mają wyświetlacze numeryczne, jak zegary cyfrowe, do wskazywania wielkości napięcia, prądu lub oporu.
Multimetry analogowe wskazują te wielkości za pomocą ruchomej wskazówki nad nadrukowaną skalą.
Multimetry analogowe są zwykle tańsze niż multimetry cyfrowe i bardziej korzystne jako narzędzia do nauki dla początkujących studentów elektryczności.
Silnie zalecam zakup multimetru analogowego przed zakupem multimetru cyfrowego, ale ostatecznie posiadanie obu w swoim zestawie narzędzi do tych eksperymentów.
CROSS-REFERENCES
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 1: „Basic Concepts of Electricity”
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 8: „DC Metering Circuits”
LEARNING OBJECTIVES
- How to measure voltage
- Characteristics of voltage: istniejące między dwoma punktami
- Wybór właściwego zakresu miernika
ILUSTRACJA
INSTRUKCJE
We wszystkich eksperymentach w tej książce będziesz używał pewnego rodzaju sprzętu testowego do pomiaru aspektów elektryczności, których nie możesz bezpośrednio zobaczyć, poczuć, usłyszeć, posmakować lub powąchać.
Elektryczność – przynajmniej w małych, bezpiecznych ilościach – jest niewyczuwalna przez nasze ludzkie ciała.
Twoimi najbardziej podstawowymi „oczami” w świecie elektryczności i elektroniki będzie urządzenie zwane multimetrem.
Multimetry wskazują obecność i mierzą ilość właściwości elektrycznych, takich jak napięcie, prąd i opór.
W tym eksperymencie zapoznasz się z pomiarem napięcia.
Napięcie jest miarą elektrycznego „impulsu” gotowego zmotywować ładunki do poruszania się przez przewodnik.
W terminologii naukowej jest to specyficzna energia na jednostkę ładunku, matematycznie zdefiniowana jako dżul na kulomb.
Jest ono analogiczne do ciśnienia w układzie płynów: siła, która porusza płyn w rurze, i jest mierzona w jednostce wolta (V).
Twój multimetr powinien być dostarczony z podstawowymi instrukcjami.
Przeczytaj je dobrze! Jeżeli multimetr jest cyfrowy, do działania będzie wymagał małej baterii.
Jeżeli jest analogowy, nie potrzebuje baterii do pomiaru napięcia.
Niektóre multimetry cyfrowe są autoranging. Miernik z automatyczną zmianą ma tylko kilka pozycji przełącznika wyboru (pokrętła).
Mierniki z ręczną zmianą biegów mają kilka różnych pozycji przełącznika wyboru dla każdej podstawowej wielkości: kilka dla napięcia, kilka dla prądu i kilka dla rezystancji.
Automatyczna zmiana biegów jest zwykle spotykana tylko w droższych miernikach cyfrowych i jest do ręcznej zmiany biegów jak automatyczna skrzynia biegów do ręcznej skrzyni biegów w samochodzie.
Miernik z automatyczną zmianą biegów „zmienia biegi” automatycznie, aby znaleźć najlepszy zakres pomiarowy do wyświetlania konkretnej mierzonej wielkości.
Ustaw przełącznik wyboru multimetru w pozycji „DC volt” o najwyższej dostępnej wartości.
Automatycznie zmieniające się multimetry mogą mieć tylko jedną pozycję dla napięcia stałego, w takim przypadku należy ustawić przełącznik w tej jednej pozycji.
Przyłóż czerwoną sondę pomiarową do dodatniej (+) strony baterii, a czarną sondę pomiarową do ujemnej (-) strony tej samej baterii.
Miernik powinien teraz dostarczyć Ci pewnego rodzaju wskazań.
Odwróć połączenia sondy testowej z baterią, jeżeli wskazanie miernika jest ujemne (w mierniku analogowym wartość ujemna jest wskazywana przez odchylenie wskazówki w lewo zamiast w prawo).
Jeżeli miernik jest typu ręcznego, a przełącznik wyboru został ustawiony w pozycji wysokiego zakresu, wskazanie będzie małe.
Przesuń przełącznik wyboru na kolejne niższe ustawienie zakresu napięcia stałego i ponownie podłącz do baterii.
Wskazanie powinno być teraz silniejsze, o czym świadczy większe wychylenie analogowej wskazówki miernika (igły) lub bardziej aktywne cyfry na wyświetlaczu miernika cyfrowego.
Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy przesunąć przełącznik wyboru na najniższe ustawienie zakresu, które nie powoduje „przekroczenia zakresu” miernika.
O mierniku analogowym z przekroczonym zakresem mówi się, że jest „kołkowy”, ponieważ igła zostanie przesunięta aż do prawej strony skali, poza wartość pełnego zakresu skali.
Miernik cyfrowy z przekroczonym zakresem czasami wyświetla litery „OL” lub serię przerywanych linii. To wskazanie jest specyficzne dla producenta.
Co się stanie, jeśli dotkniesz tylko jedną sondę testową miernika do jednego końca baterii?
Jak miernik musi się połączyć z baterią, aby dać wskazanie?
Co to nam mówi o użyciu woltomierza i naturze napięcia?
Czy istnieje coś takiego jak napięcie „w” pojedynczym punkcie?
Pamiętaj, aby zmierzyć więcej niż jeden rozmiar baterii i naucz się wybierać najlepszy zakres napięcia na multimetrze, aby dać Ci maksymalne wskazanie bez przesadzania.
Przełącz teraz multimetr na najniższy dostępny zakres napięcia stałego i dotknij sondami testowymi miernika do zacisków (przewodów) diody elektroluminescencyjnej (LED).
Dioda LED jest zaprojektowana do wytwarzania światła, gdy jest zasilana niewielką ilością elektryczności, ale zdarza się również, że diody LED wytwarzają napięcie stałe, gdy są wystawione na działanie światła, podobnie jak ogniwo słoneczne.
Skieruj diodę LED w stronę jasnego źródła światła z podłączonym do niej multimetrem i zanotuj wskazania miernika:
Baterie wytwarzają napięcie elektryczne poprzez reakcje chemiczne. Kiedy bateria „umiera”, wyczerpuje swój pierwotny zapas chemicznego „paliwa”
Dioda LED, jednakże, nie polega na wewnętrznym „paliwie” do generowania napięcia; raczej przekształca energię optyczną w energię elektryczną.
Dopóki istnieje światło do oświetlania diody LED, będzie ona wytwarzać napięcie.
Innym źródłem napięcia poprzez konwersję energii jest generator.
Mały silnik elektryczny wyszczególniony na liście „Części i materiały” działa jako generator elektryczny, jeśli jego wał jest obracany przez siłę mechaniczną.
Podłącz woltomierz (Twój multimetr, ustawiony na funkcję „volt”) do zacisków silnika, tak jak podłączyłeś go do zacisków diody LED, i obracaj wał palcami.
Miernik powinien wskazywać napięcie za pomocą wychylenia igły (analogowo) lub odczytu numerycznego (cyfrowo).
Jeśli trudno jest utrzymać obie sondy pomiarowe miernika w połączeniu z zaciskami silnika, jednocześnie kręcąc wałem palcami, można użyć „zworki” z klipsów aligatorskich, jak poniżej:
Określić zależność między napięciem a prędkością obrotową wału generatora? Odwróć kierunek obrotów prądnicy i zanotuj zmianę wskazań miernika.
Gdy odwracasz kierunek obrotów wału, zmieniasz biegunowość napięcia wytwarzanego przez prądnicę.
Woltomierz wskazuje biegunowość przez kierunek wskazania igły (analogowo) lub znak wskazania numerycznego (cyfrowo).
Gdy czerwony przewód pomiarowy jest dodatni (+), a czarny ujemny (-), woltomierz zarejestruje napięcie w normalnym kierunku.
Jeśli przyłożone napięcie ma odwrotną polaryzację (ujemną na czerwonym i dodatnią na czarnym), woltomierz wskaże „wstecz”.