Podstawy elektroniki i elektrotechniki
1. Co to jest prąd elektryczny? Na czym polega przewodnictwo prądu w ciałach stałych, cieczach i gazach?
Prąd elektryczny – każdy uporządkowany ruch elektronów swobodnych lub jonów.
Ruch ten zazwyczaj jest powodowany obecnością pola elektrycznego (różnicy potencjałów).
Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego.
2. Przyrównać wielkości elektryczne: napięcie, prąd i opór do innych wielkości fizycznych dających się obserwować wizualnie lub manualnie.
· Napięcie-to ciśnienie wody w rurze
· Natężenie to ilość wody przepływającej przez rurę w określonym czasie
· Opor-to np. zawór
3. Wyjaśnić co oznaczają pojęcia: prąd stały, prąd zmienny, prąd przemienny.
Prąd stały w odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu.
Prąd zmienny wartość natężenia jest funkcją czasu.
Prąd przemienny wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób, z określoną częstotliwością. .
4. Wymienić poznane w ramach przedmiotu wielkości elektryczne i podać ich jednostki.
A = Amper, jednostka natężenia prądu elektrycznego
V = Volt, jednostka napięcia elektrycznego
W = Wat, jednostka mocy czynnej
Hz = Herc (Hertz), jednostka częstotliwości
Ώ-om-opór elektryczny
Q-kulomb-ładunek elektryczny
H-henr-jednostka przenikania magnetycznego
Wb-Weber-jednostka strumienia magnetycznego
5. Wymienić wielkości elektryczne i przyrządy stosowane do ich pomiaru.
1. Pomiar oporu - omomierz
2. Voltomierz – napięcie;
3. amperomierz - prąd, natężenie;
4. moc - watomierz
6. Wymienić znane ustroje pomiarowe i wielkości elektryczne które mogą być nimi mierzone.
· magnetoelektryczny (amperomierze, woltomierze, omomierz, galwanometry)
· elektromagnetyczny (amperomierze, woltomierze, częstościomierze)
· elektrodynamiczny (amperomierze i woltomierze, watomierze)
· ferrodynamiczny (amperomierze i woltomierze)
· indukcyjny (liczniki energii)
7. Krótko omówić budowę i działania ustroju magnetoelektrycznego.
Mierniki magnetoelektryczne, to mierniki w których odchylenie organu ruchomego jest wynikiem współdziałania pola magnetycznego wytworzonego przez magnes trwały i pola magnetycznego wytworzonego przez prąd płynący w przewodzie. Budowane są mierniki magnetoelektryczne
- o ruchomym magnesie i
- o ruchomej cewce – bardziej rozpowszechnione.
8. Krótko omówić budowę i działania ustroju elektromagnetycznego.
Zasada działania przypomina działanie elektromagnesu.
Zasada działania ustroju elektromagnetycznego polega na oddziaływaniu pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd, na ruchomy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony w tym polu.
9. Krótko omówić budowę i działania ustroju elektrodynamicznego.
Dwa rdzenie z nawiniętymi cewkami, zamocowane współosiowo. Jeden rdzeń jest nieruchomy
drugi może się obracać. Do każdego z rdzenie jest doprowadzany inny prąd.
Cewka ruchoma osadzona na osi, do której jest przymocowana wskazówka, znajduje się wewnątrz cewki nieruchomej. W wyniku oddziaływania elektrodynamicznego cewek powstają siły wytwarzające moment napędowy. Moment ten jest równoważny przez moment zwracający dwóch sprężynek spiralnych, doprowadzających jednocześnie prąd do cewki ruchomej.
10. Krótko omówić budowę i działania ustroju ferrodynamicznego.
Ustrój zawiera dwa niezależne obwody elektryczne w postaci cewek:
ruchomej (napięciowej), oraz cewki nieruchomej (pradowej) . Istotne znaczenie ma obecność w ustroju rdzenia ferromagnetycznego, dzięki któremu między cewkami istnieje silne sprzężenie
magnetyczne, owocujące znacznym momentem napędowym
11. Wymienić i omówić podstawowe oznaczenia występujące na miernikach.
Wielkości charakteryzujące miernik: -maksymalna liczba działek -zakres znamionowy -stała miernika Oznaczenia ustrojów pomiarowych. Oznaczenia dodatkowe znajdujące się na tabliczce miernika
12. Omówić błędy pomiarowe: względny i bezwzględny.
Błąd bezwzględny - różnica między wielkością rzeczywistą, a wielkością zmierzoną
Błąd względny - błąd bezwzględny podzielony przez wartości wielkości. Jeżeli mamy wielkość mierzoną A, to błąd względny pomiaru A wynosi: |Azmierz.- Arzecz|/Arzecz
Błąd względny procentowy - błąd względny wyrażony w procentach.
13. Co to jest klasa dokładności miernika i w jaki sposób określa błąd pomiaru?
Klasą przyrządu nazywamy wyrażony w procentach stosunek niepewności systematycznej do pełnego zakresu wychylenia miernika. Na przykład, dla amperomierza o klasie 0,5 i maksymalnym zakresie 5 A niepewność systematyczna I jest równa
14. Jak rozszerza się zakresy pomiarowe mierników?
W celu zwiększenia zakresu pomiarowego amperomierza magnetoelektrycznego bocznikuje się jego ustrój pomiarowy za pomocą rezystora zwanego bocznikiem.
Poszerzenia zakresu pomiarowego woltomierza dokonuje się przez zwiększenie jego rezystancji - szeregowe włączenie rezystancji dodatkowej.
15. Jak dobiera się zakres pomiarowy do mierzonej wartości przy korzystaniu z multimetru?
Należy wybrać najniższy możliwy zakres, który nie powoduje jeszcze przekroczenia wartości zakresowej. Przykładowo, jeżeli mierzymy napięcie 2 V, to najlepszym zakresem będzie zakres 10 V, gdyż na zakresie 100 V błąd pomiaru będzie dziesięciokrotnie większy, a na zakresie 1 V nastąpi przekroczenie wartości zakresowej.
16. Podać definicję prawa Ohma i wzory wynikające z tego prawa.
Natężenie prądu elektrycznego płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do wartości napięcia elektrycznego na jego końcach i odwrotnie proporcjonalne do oporu przewodnika.
17. Jak oblicza się rezystancję zastępczą oporników połączonych szeregowo, a jak oporników połączonych równolegle?
Połączenie szeregowe
Połączenie równoległe
Wzór przekształcony dla dwóch rezystancji połączonych równolegle:
18. Czy można dokładnie zmierzyć rezystor o rezystancji ok. 5M trzymając jedną ręką końcówkę omomierza z jednym końcem opornika, a drugą ręką drugą końcówkę omomierza z drugim końcem opornika? Uzasadnić odpowiedź.
Nie można dokładnie zmierzyć rezystora ponieważ jest to połączenie równoległe prąd płynący z omomierza rozgałęzia się na dwa prądy.
19. Jak oblicza się prądy gałęziowe w obwodzie elektrycznym rozgałęzionym z wieloma źródłami SEM metodą wykorzystującą prawa Kirchoffa?
W metodzie tej wykorzystuje się w bezpośredniej formie prawo prądowe i napięciowe Kirchhoffa uzupełnione o równania symboliczne opisujące poszczególne elementy obwodu. W efekcie zastosowania praw Kirchhoffa otrzymuje się układ równań algebraicznych o zespolonych współczynnikach. Jeśli założymy, że obwód posiada gałęzi i węzłów to w równaniach opisujących obwód wykorzystuje się równań pochodzących z prawa prądowego Kirchhoffa. Pozostałe równań wynika z prawa napięciowego Kirchhoffa dla dowolnie wybranych oczek niezależnych w obwodzie (oczka uważa się za niezależne, jeśli równania napięciowe opisujące je są od siebie niezależne).
g = (w-1)+ o [g- gałęzie; w- węzły; o- oczka;]
Tok obliczeń:
a) strzałkowanie I
b) Strzałkowanie U
c) Ułożenie (w-1) równań węzłowych wg. 1 prawa Kirchhoffa
d) Ułożenie „o” równań oczkowych wg. 2 prawa Kirchhoffa
e) Rozwiązanie ze względu na I
f) Dla sprawdzenia – bilans mocy Σ(Ek · Ik) = Σ(I2l · Rl) [Suma mocy wydanych z e źródła energii musi być równa sumie mocy odebranej przez odbiornik mocy]
n - a + 1 równań z II prawa Kirchhoffa .
20. Jak oblicza się prądy gałęziowe w obwodzie elektrycznym rozgałęzionym z wieloma źródłami SEM metodą prądów oczkowych?
Układa się tyle równań ile oczek w obwodzie.
Rezystancje wzajemne między oczkami: rezystancja gałęzi miedzy oczkami (RKL)
Z II prawa Kirhchoffa w odniesieniu do prądów cyklicznych: RKK · JK - ΣRKLJL = ΣEKK
21. Jak oblicza się prądy gałęziowe w obwodzie elektrycznym rozgałęzionym z wieloma źródłami SEM metodą superpozycji?
Metoda superpozycji polega na wyznaczeniu w obwodzie prądów wywołanych przez poszczególne źródła energii działające pojedynczo. Prąd w dowolnej gałęzi obwodu przy działaniu wszystkich źródeł energii jest sumą algebraiczną wszystkich prądów, które płyną na skutek działania każdego źródła energii z osobna.
22. Wymienić wszystkie znane metody obliczania prądów gałęziowych w obwodzie elektrycznym rozgałęzionym z wieloma źródłami SEM.
· Metoda superpozycji
· Metoda potencjałów węzłowych
· Metoda prądów oczkowych
· Metoda równań Kirchhoffa
· Metoda Nortona
· Metoda Thevenina
· Metoda podstawowych reguł elektrotechniki
23. Wyjaśnić co oznaczają pojęcia i podać równania opisujące je: wartość chwilowa prądu sinusoidalnie zmiennego, wartość maksymalna prądu sinusoidalnie zmiennego, wartość skuteczna prądu sinusoidalnie zmiennego, wartość średnia wyprostowana prądu sinusoidalnie zmiennego.
Wartość chwilowa i=Imsinωt omega-pulsacja
Wartość maksymalna jest to największa wartość chwilowa, jaką przebieg osiąga w rozpatrywanym przedziale czasu (oznaczamy dużą literą z indeksem m)
Wartość średnia półokresowa przebiegu o okresie T to średnia arytmetyczna tego przebiegu dla połowy okresu.
Wartością skuteczną prądu okresowo zmiennego nazywamy taką wartość prądu stałego, który przepływając przez niezmienną rezystancję R, w czasie odpowiadającym okresowi T, spowoduje wydzielenie na tej rezystancji takiej samej ilości energii cieplnej, co prąd okresowo zmienny w tym samym czasie. I=Im/√2=0,707Im
Wartość średnia wyprostowana I=0,636Im
24. Ile wynoszą przesunięcia fazowe między napięciem a prądem w: rezystorze, cewce, kondensatorze?
Kąt φ określa przesunięcie fazowe między prądem a napięci...
alus-2008