Stroomdissipatie

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Rekenmachine (of potlood en papier om te rekenen)
• 6 volt batterij
• Twee weerstanden van 1/4 watt:10 en 330 Ω.
• Kleine thermometer

De weerstandswaarden hoeven niet exact te zijn, maar binnen vijf procent van de gespecificeerde cijfers (+/- 0,5 voor de 10 -weerstand; +/- 16,5 Ω voor de 330 Ω-weerstand).

Kleurcodes voor 5% tolerantie 10 en 330 Ω weerstanden zijn als volgt:Bruin, Zwart, Zwart, Goud (10, +/- 5%), en Oranje, Oranje, Bruin, Goud (330, +/- 5%) .

Gebruik voor dit experiment geen ander batterijformaat dan 6 volt.

De thermometer moet zo klein mogelijk zijn om een ​​snelle detectie van de door de weerstand geproduceerde warmte te vergemakkelijken.

Ik raad een medische thermometer aan, het type dat wordt gebruikt om de lichaamstemperatuur te meten.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Deel 1, hoofdstuk 2:"De wet van Ohm"

LEERDOELSTELLINGEN

• Voltmetergebruik
• Ammetergebruik
• Ohmmeter gebruik
• Gebruik van de wet van Joule
• Belang van het vermogen van componenten
• Betekenis van elektrisch gemeenschappelijke punten

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Meet de weerstand van elke weerstand met uw ohmmeter en noteer de exacte waarden op een stuk papier voor latere referentie.

Sluit de weerstand van 330 Ω aan op de 6 volt batterij met behulp van een paar jumperdraden zoals weergegeven in de afbeelding.

Sluit de jumperdraden aan op de weerstandsklemmen voor sluit de andere uiteinden aan op de batterij.

Dit zorgt ervoor dat uw vingers de weerstand niet raken wanneer de batterij wordt ingeschakeld.

Je vraagt ​​je misschien af ​​waarom ik geen lichamelijk contact met de aangedreven weerstand adviseer. Dit komt omdat het heet wordt als het wordt gevoed door de batterij.

U zult de thermometer gebruiken om de temperatuur van elke weerstand te meten wanneer deze is ingeschakeld.

Met de weerstand van 330 Ω aangesloten op de batterij, meet u de spanning met een voltmeter.

Bij het meten van spanning is er meer dan één manier om een ​​juiste meting te verkrijgen.

Spanning kan direct over de batterij worden gemeten, of direct over de weerstand.

De batterijspanning is hetzelfde als de weerstandsspanning in dit circuit, aangezien deze twee componenten dezelfde reeks elektrisch gemeenschappelijke punten delen:de ene kant van de weerstand is rechtstreeks verbonden met de ene kant van de batterij en de andere kant van de weerstand is rechtstreeks verbonden naar de andere kant van de batterij.

Alle contactpunten langs de bovenste draad in de afbeelding (rood gekleurd) zijn elektrisch gemeenschappelijk voor elkaar.

Alle contactpunten langs de onderste draad (zwart gekleurd) zijn eveneens elektrisch gemeenschappelijk voor elkaar.

De gemeten spanning tussen elk punt op de bovenste draad en elk punt op de onderste draad moet hetzelfde zijn.

Spanning gemeten tussen twee gemeenschappelijke punten , moet echter nul zijn.

Meet met een ampèremeter de stroom door het circuit. Nogmaals, er is geen "juiste" manier om stroom te meten, zolang de ampèremeter maar binnen het stroompad wordt geplaatst van elektronen door de weerstand en niet over een spanningsbron.

Om dit te doen, maakt u een onderbreking in het circuit en plaatst u de ampèremeter binnen die breken:sluit de twee testsondes aan op de twee draad- of klemuiteinden die na de onderbreking open zijn gelaten. Een haalbare optie wordt getoond in de volgende afbeelding:

Nu u weerstandsweerstand, circuitspanning en circuitstroom heeft gemeten en geregistreerd, bent u klaar om vermogen te berekenen dissipatie.

Terwijl spanning de maat is van elektrische "duw" die elektronen motiveert om door een circuit te bewegen, en stroom de maat is van de stroomsnelheid van elektronen, is vermogen de maatstaf voor werksnelheid :hoe snel wordt er in het circuit gewerkt.

Het kost een bepaalde hoeveelheid werk om elektronen door een weerstand te duwen, en kracht is een beschrijving van hoe snel dat werk vindt plaats.

In wiskundige vergelijkingen wordt vermogen gesymboliseerd door de letter "P" en gemeten in de eenheid van Watt (W).

Vermogen kan worden berekend met een van de drie vergelijkingen - gezamenlijk de wet van Joule genoemd - gegeven twee van de drie hoeveelheden spanning, stroom en weerstand:

Probeer het vermogen in dit circuit te berekenen met behulp van de drie gemeten waarden van spanning, stroom en weerstand.

Hoe je het ook berekent, het vermogensdissipatiecijfer zou ongeveer hetzelfde moeten zijn.

Uitgaande van een batterij met 6.000 volt en een weerstand van precies 330 , zal de vermogensdissipatie 0,1090909 watt zijn, of 109,0909 milliwatt (mW), om een ​​metrisch voorvoegsel te gebruiken.

Aangezien de weerstand een vermogen heeft van 1/4 watt (0,25 watt of 250 mW), is hij meer dan in staat om dit niveau van vermogensdissipatie aan te houden.

Omdat het werkelijke vermogen bijna de helft van het nominale vermogen is, zou de weerstand merkbaar warm moeten worden, maar niet over warmte.

Raak het uiteinde van de thermometer aan in het midden van de weerstand en kijk hoe warm het wordt.

Het vermogen van een elektrisch onderdeel vertelt ons niet hoeveel vermogen het zal verdrijven, maar gewoon hoeveel kracht het mag verdwijnen zonder schade op te lopen.

Als de werkelijke hoeveelheid gedissipeerd vermogen het nominale vermogen van een onderdeel overschrijdt, zal dat onderdeel de temperatuur verhogen tot het punt van beschadiging.

Koppel ter illustratie de weerstand van 330 los en vervang deze door de weerstand van 10 . Nogmaals, vermijd het aanraken van de weerstand zodra het circuit is voltooid, omdat het snel zal opwarmen.

De veiligste manier om dit te doen, is door één jumperdraad los te koppelen van een accupool, vervolgens de 330 Ω-weerstand los te koppelen van de twee krokodillenklemmen, vervolgens de 10 Ω-weerstand tussen de twee clips aan te sluiten en ten slotte de jumperdraad weer op de batterij aan te sluiten terminal.

Let op:houd de weerstand van 10 uit de buurt van ontvlambare materialen wanneer deze wordt gevoed door de batterij!

Mogelijk hebt u niet genoeg tijd om spannings- en stroommetingen uit te voeren voordat de weerstand begint te roken.

Koppel bij het eerste teken van nood een van de jumperdraden los van een accupool om de stroom naar het circuit te onderbreken en geef de weerstand even de tijd om af te koelen.

Terwijl de stroom nog steeds is losgekoppeld, meet u de weerstand van de weerstand met een ohmmeter en noteert u elke substantiële afwijking van de oorspronkelijke waarde.

Als de weerstand nog steeds binnen +/- 5% van de geadverteerde waarde meet (tussen 9,5 en 10,5 ), sluit dan de jumperdraad opnieuw aan en laat hem wat meer roken.

Welke trend merk je op met de waarde van de weerstand, aangezien deze meer en meer wordt beschadigd door te overweldigen?

Het is typerend voor weerstanden om te falen met een meer dan normale weerstand bij oververhitting.

Dit is vaak een zelfbeschermende manier van falen, omdat een verhoogde weerstand resulteert in minder stroom en (in het algemeen) minder vermogensverlies, waardoor deze weer afkoelt. De normale weerstandswaarde van de weerstand keert echter niet terug als deze voldoende beschadigd is.

Als we opnieuw wat berekeningen van de wet van Joule uitvoeren voor weerstandsvermogen, ontdekken we dat een weerstand van 10 Ω die is aangesloten op een 6 volt-batterij ongeveer 3,6 watt vermogen dissipeert, ongeveer 14,4 keer zijn nominale vermogensdissipatie. Geen wonder dat hij zo snel rookt na aansluiting op de batterij!

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Energie, Werk en Kracht