ELEXBO A-Car-Engineering

Transkript

1 1 Aufgabe: -Bauen Sie alle Schemas nacheinander auf und beschreiben Ihre Feststellungen. -Beschreiben Sie auch die Unterschiede zum vorherigen Schema. Bauen Sie diese elektrische Schaltung auf und beschreiben den physikalischen Vorgang, wenn die Lampe leuchtet. Im positiv geladenen Teil der Batterie drücken Elektronen mit 4.5V Spannung die Elektronen durch den Draht. Der Schalter lässt die Elektronen weiterfliessen. In der Lampe müssen die Elektronen den Widerstandsdraht überwinden, werden dabei heiss und können dann spannungslos in den Minuspol der Batterie wandern (fliessen). Unterbrechen Sie nun das Kabel vor dem Schalter: Was passiert und warum? Die Elektronen können nur in einem metallischen Leiter fliessen. Das heisst, dass sich Elektronen nur in Stoffen bewegen können, die beim Atomaufbau auf der äussersten Schale bewegliche Elektronen haben. Die Elektronen drücken am Ende des offenen Kabels. Unterbrechen Sie nun das Kabel vor der Lampe: Was passiert und warum? Egal wo wir den Kreis unterbrechen, immer erlöscht die Lampe (bei geschlossenem Schalter)

2 2 Entfernen Sie die Kabel am Schalter und halten mal die Metallkontakte aneinander und mal die Kunststoff-Isolation: Begründen Sie: Nur wenn wir die Metalle zusammenhalten leuchtet die Lampe. Kunststoff hat keine freien Elektronen und ist damit ein Isolator Setzen Sie nun den 10 Ohm-Widerstand in den Stromkreis. Beschreiben und begründen Sie! Die Lampe leuchtet etwas weniger hell. Durch den Widerstand werden die Elektronen gebremst und sie drücken nur noch mit weniger Spannung in die Lampe. Setzen Sie nun den 47 Ohm-Widerstand in den Stromkreis. Beschreiben und begründen Sie! Die Lampe leuchtet deutlich weniger hell. Je grösser der Widerstand, umso mehr werden die Elektronen gebremst.

3 3 Schliessen Sie das Amperemter wie im Schema gezeichnet an und messen den Strom: Ihr Resultat: 83mA. Berechnen Sie nun Widerstand der Lampe, wenn die Batterie eine Spannung von 4.5 Volt hat. U = R x I R = U / I = 4.5V / 0.083A = 54Ω Wie wird der Strom sein, wenn ein 47 Ohm Widerstand eingebaut ist? Begründen Sie: Der Strom wird sinken, weil der Widerstand die Elektronen bremst Berechnen Sie den Strom! R = R + R L = 47Ω + 54Ω = 101Ω I U / R = 4.5V / 101Ω = 44mA Messen Sie nun den Strom und vergleichen das Resultat mit der Berechnung: Der Strom ist 53 ma. Der Draht in der Glühlampe hat bei weniger Wärme etwas weniger Widerstand.

4 4 Welchen Spannungswert wird das Voltmeter anzeigen? Ihre Schätzung: 4.6 V Messen Sie nun die Spannung an der Lampe. Vorgehen: 1. Richtigen Bereich wählen = V ( ev. 20V) 2. Gerät einschalten 3. Kabel anschliessen, Schalter schliessen und Wert ablesen. Begründen Sie: Je nach Ladezustand der Batterie zeigt das Multimeter zwischen 4.3 und 4.7 V Welchen Spannungswert wird das Voltmeter jetzt anzeigen? Ihre Schätzung: 3.5 bis 4 V Messen Sie nun die Spannung an der Lampe. 4V Begründen Sie: Der 10Ω Widerstand bremst die Elektronen so dass sie mit weniger Spannung an die Lampe gelangen.

5 5 Welchen Spannungswert wird das Voltmeter aus den obigen Erkenntnissen wohl anzeigen? Ihre Schätzung: 0.6V Messen Sie nun die Spannung am 10 Ohm Widerstand. Resultat: 0.7V Begründen Sie: Der 10Ω Widerstand bremst die Elektronen sodass damit auch die Spannung über dem Widerstand sinkt. Die Lampe erhält nur noch 4 V Welchen Spannungswert wird das Voltmeter aus den obigen Erkenntnissen wohl anzeigen? Ihre Schätzung: 1-3 V Berechnen Sie, welchen Wert das Voltmeter anzeigen wird R = R + R L = 101 Ω I = U / R = 4.6 V / 101 Ω = 44 ma U R = R x I = 47Ω x 0.044A = 2 V Messen Sie nun die Spannung am 47 Ohm Widerstand. Resultat: 2.4V Begründen Sie Der kältere Glühlampendraht hat etwas weniger Widerstand

6 6 Welchen Spannungswert wird das Voltmeter aus den obigen Erkenntnissen wohl anzeigen? Ihre Schätzung: 2 V Berechnen Sie, welchen Wert das Voltmeter anzeigen wird R = R + R L = 101 Ω I = U / R = 4.6 V / 101 Ω = 44 ma U L = R x I = 54Ω x 0.044A = 2.3V Messen Sie nun die Spannung an der Lampe. Resultat: 2.2 V Begründen Sie: Der 47Ω Widerstand bremst die Elektronen so stark, dass die Lampe nur noch 2.2 V Spannung erhält -Beschreiben Sie das allgemeine Vorgehen zum Messen von Widerständen 1 Richtigen Bereich wählen Stellung Ω 2 Schwarzes Kabel auf COM Rotes Kabel auf Ohm 3 Gerät einschalten und Messkabel vorne zusammenhalten Ohmwert sollte 0.0 Ω sein ( je nach Qualität bis zu 0.4 Ω) 4 Widerstand ohne andere Anschlüsse ( aus Schaltung trennen) und Messwert ablesen Je nach Gerät Bereich wählen Messen Sie den Widerstand: Resultat: 10.0 Ω

7 7 Messen Sie nun den 100 Ohm Widerstand. Was ist zu beachten: Ev. Richtigen Bereich wählen Resultat: 99 Ω Wieviele Ohm hat der mit 10k angeschriebene Widerstand wirklich? Lösung: Ω Was ist nun bei der Messung eines so grossen Widerstandes von 10k zu beachten? Möglichst Bereichsautomat benutzen ober von grösstem Bereich beginnen Resultat: 9.9 kω

8 8 Wie sind die beiden Widerstände geschaltet? In Serie (in Reihe) Berechnen Sie den Widerstandswert, den das Ohmmeter anzeigen soll. Berechnung: R = R 47 + R 10 = 47 Ω + 10 Ω = 57 Ω Messen Sie nun den Widerstand Resultat: 56 Ω Stimmts?. Ja (tolerant sein) Wie sind die beiden Widerstände geschaltet? Parallel Berechnen Sie den Widerstandswert, den das Ohmmeter anzeigen soll. Berechnung: R = R 10 x R 47 / (R 10 + R 47) = R = 10 Ω x 47 Ω / ( 10 Ω + 47 Ω) =8.2 Ω Messen Sie nun den Widerstand Resultat: 8.3 Ω Stimmts? Ja (auch wieder tolerant sein)

9 9 Betrachten Sie die Schaltung und überlegen aus obigen Schaltung, wie gross der Strom sein wird. Schätzung: ma Berechnen Sie den Stromfluss mit Hilfe der vorherigen Werte: R = R 10 x R 47 / (R 10 + R 47) = R = 10 Ω x 47 Ω / ( 10 Ω + 47 Ω) =8.2 Ω R = R 47/10 + R L = 8.2 Ω + 54 Ω = 62.2 Ω I = U / R = 4.6 V / 62.2 Ω = 73 ma Messen und vergleichen Sie das Resultat: Messresultat: 74 ma = Toleranz Betrachten Sie die Schaltung und überlegen aus obigen Schaltung, wie gross der Strom durch den 10Ohm- Widerstand sein wird. Schätzung: 5/6 von 74 ma = 60 ma Berechnen Sie den Stromfluss mit Hilfe der vorherigen Werte: U L = R x I = 54Ω x 0.072A = 4 V U R = U U L = 4.6 V 4 V = 0.6 V I R10 = U R / R 10 = 0.7 V / 10 Ω = 0.06A Messen und vergleichen Sie das Resultat: Stimmt: Enge Toleranz

10 10 Berechnen Sie den Widerstand, den das Ohmmeter anzeigen wird: R = 1 = 8.33 Ω _ Messen Sie nun und vergleichen: 8.4 Ω Bei kleineren Ergebnis-Werten ist die Messgenauigkeit i.o. Berechnen Sie den Widerstand, den das Ohmmeter anzeigen wird: R=R 100 //R R 10 =50 Ω +10 Ω =60 Ω Messen Sie nun und vergleichen: 59.6 Ω Bei grösseren Werten ist es manchmal nicht sinnvoll, zu genau den Ergebnis-Wert auszugeben. Es empfiehlt sich zu Runden auf ganze Zahlen. Berechnen Sie den Widerstand, den das Ohmmeter anzeigen wird: R 100/10 =R 100 //R R 10 =50 Ω +10 Ω =60 Ω R = R 100/10 x R 1k / (R 100/10 + R 1k) = R = 60 Ω x 1000 Ω / ( 60 Ω Ω) =56.6 Ω Resultat: 57 Ω Messen Sie nun und vergleichen: i.o.

11 11 Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger und damit Digitalisieren) Schliessen Sie ein Voltmeter an den Poti-Ausgang gegen Masse an. Drehen Sie am Poti Beschreiben Sie: Durch Drehen des Potis schaltet die Lampe oberhalb einer definierten Spannung blitzschnell von Hell auf Dunkel Wo kann diese Schaltung eingesetzt werden? Damit kann ein analoges Signal digitalisiert werden. Zeitgeber Jeder Impuls am Taster wird in eine gleichlange Lampeneinschaltdauer verwandelt. Somit kann ein beliebiges Eingangssignal in ein definiertes zeitliches Ausgangssignal umgewandelt werden. Dieses Bauteil heisst auch Impulsformer Temperatur-Schwellwertschalter (Temperaturabhängiger Schmitt-Trigger)

12 12 Zeitschalter mit Timer IC 555 In einem IC sind eine Menge Transistoren und Widerstände so verbaut, dass durch einfache äussere Beschaltung eine Funktion hergestellt werden kann Dieser s-lehrgang umfasst ca 34 Seiten.