Как получают и измеряют постоянный электрический ток

Из опыта работы с программно-аппаратными комплексами

Degem Systems

Лаборатория TechPrep: «Введение в промышленные технологии»

 

 

Учебные материалы для преподавателей и студентов технических факультетов СПО

 

Описание учебной установки

«Постоянный электрический ток»

 

лабораторная работа TP – EB101

 

Москва 2006 г.

 

 

Содержание

 

Тема	Стр.
Введение	3
Введение в электронику. Как получают и измеряют постоянный электрический ток	4
Знакомимся с учебной установкой. Закон Ома	7
Электрические  сопротивления	11
Практика измерений	15
Резистивные делители напряжения	18
Заключение	23

 

 

Введение

 

Добро пожаловать в увлекательный мир электроники!

Электроника, это наука, изучающая законы получения, передачи и преобразования электрического тока любой формы.

На наших уроках мы изучим, что такое постоянный электрический ток, элементы для преобразования постоянного электрического тока и как производить измерения в цепях постоянного тока.

По определению:

Постоянный электрический ток это направленное движение свободных электронов (в основном в металлах), не меняющее свою интенсивность и направление со временем.

Большинство электронных приборов, которые окружают нас в быту и применяются в промышленности, используют энергию постоянного электрического тока.

 

 

Даже если прибор подключен к осветительной розетке, все равно, внутри прибора находится специальный блок, который преобразует переменное напряжение осветительной сети в  постоянное, заданной величины,  например в телевизоре, электронных часах, компьютере, музыкальном центре и так далее.

 

Введение в электронику.

Как получают и измеряют постоянный электрический ток.

Постоянный электрический ток получают разными способами. Наиболее распространенный  и известный всем способ это превращение энергии химических реакций в электрическую энергию. К таким преобразователям относятся химические источники тока - гальванические элементы - батарейки и аккумуляторы.

Преобразователи механической энергии в электрическую называют генераторами. На электростанциях используют генераторы переменного тока, а, например в автомобилях, для подзарядки аккумуляторов используют генераторы постоянного тока.

Еще один, наиболее выгодный, способ получения постоянного тока это преобразование энергии солнечного света, при помощи специальных фотоэлементов, в постоянный электрический ток. Такие солнечные батареи широко используют на космических кораблях и спутниках для питания бортовой аппаратуры.

 

 

В южных странах, где большинство дней в году солнечные, батареи из солнечных элементов используют для зарядки аккумуляторов в светлое время суток, а ночью энергию  заряженных аккумуляторов используют для освещения.

Рассмотрим, наиболее всем известный, химический источник постоянного тока

 - батарейку. Никуда не подключенная батарейка, которая лежит в магазине, обладает энергией, которая называется потенциальной (запасенной) энергией. У батарейки есть два контакта для подключения к нагрузке (нагрузка - это радиоприемник, лампочка фонарика, плеер и т.п.).

 

 

Контакты у батарейки обозначены знаками плюс (+) и минус (-). Если к этим контактам подключить измерительный прибор, который называется вольтметр, то вольтметр покажет разность потенциалов между контактами батарейки. Разность потенциалов называется  напряжением и измеряется в "вольтах". В документации на электроприборы напряжение обозначается буквами В или V, например 1,5В или 1,5V.

Любой источник электрической энергии, батарейка, генератор, аккумулятор, преобразователь и т.п., в электротехнике, называется источником питания и на схемах электроприборов обозначается буквой U. Например, на рисунке, источник питания имеет напряжение 12В и обозначен как U=12V. 

Подключим к источнику питания лампочку. Всякий электрический прибор, подключенный к источнику питания, называется нагрузкой. Если на нагрузке измерить напряжение, то может оказаться так, что вольтметр покажет напряжение ниже, чем должен давать источник питания (смотрите рисунок). Это не ошибка показаний вольтметра, а просто у источника питания недостаточно энергии для питания нагрузки.

Например, если батарейка уже была в употреблении, то она "села", т.е. ее энергии не хватает для питания какого либо прибора. Но если на батарейке написано, что ее напряжение 1,5 вольта, и мы измерим на ней напряжение без нагрузки, то оно может быть равным 1,5 вольта, а при подключении нагрузки ее напряжение может упасть до 0 вольт. Отсюда главное правило которое должен знать каждый уважающий себя электронщик: Напряжение источника питания измеряется только при подключенной нагрузке, с которой должен работать данный источник питания!

Вернемся к постоянному току. Раз постоянный ток это направленное движение свободных электронов, то электроны в электрической цепи движутся от отрицательного полюса источника питания, через нагрузку, к положительному полюсу источника питания так как электроны имеют отрицательный заряд. В электронике, за положительное направление электрического тока принято направление обратное направлению движения электронов. Ток в цепи обозначается буквой I.

 

Ранее мы говорили о том, что для питания нагрузки источник питания должен обладать достаточной мощностью. Для того, чтобы определить мощность источника питания мы должны знать силу тока проходящего в цепи. Сила тока, это количество свободных электронов протекающих в цепи за единицу времени.

Сила тока, в электронике, измеряется в единицах которые называются "ампер" и обозначается буквой А. Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Силу тока, на практике, измерять неудобно так как прибор нужно включить в разрыв электрической цепи (смотрите рисунок).

Электрический ток проходя через нагрузку совершает работу. Ток походящий через лампочку нагревает спираль лампочки и она светится. Зная напряжение источника питания и ток проходящий через нагрузку мы можем узнать мощность нагрузки, которая выражается как произведение напряжения на ток.

Мощность обозначается буквой Р и измеряется в единицах которые называются "ватт" и обозначаются Вт или W. Формула расчета мощности будет: P = U * I

 

 

Если ток течет через нагрузку, то, очевидно, что нагрузка оказывает сопротивление движению электрического тока. Чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше ток в цепи. Сопротивление обозначается буквой R и измеряется в единицах которые называются "Ом", например: R = 100 Ом.

Для изображения на электрических схемах различных радио и электронных деталей приняты условные обозначения. Некоторые из них показаны на рисунке. В последующих уроках мы будем пользоваться только такими обозначениями: