Ohms lag Ett av världens viktigaste samband kallas Ohms lag. Här anges sambandet mellan spänningen över en komponent, U volt, strömmen genom den, I ampere, och komponentens motstånd R ohm. Sambandet lyder: U = R * I 1
Man kan förstå varför det hänger ihop som det gör: Om man har en spänning U över ett motstånd så kommer det att gå en ström igenom motståndet. Är komponentens motstånd R litet, så blir det mycket ström, och är R stort, så blir I liten. Spänningen är alltså proportionell mot produkten av strömmen och motståndet, eller U = R x I. Det hela verkar logiskt - eller hur? 2
Bilen har ett batteri som spänningskälla. Likspänning. Motorn i bilen drar runt en generator som dels ger laddningsström till batteriet, dels till de belastningar som finns i bilen. I en bil går det flera kilometer elkabel och strömmen till de flesta belastningar går via säkringar. Säkringen finns där för att skydda mot stora strömmar. 3
_Ohms lag Bakrutan innehåller en värmespiral, med hjälp av ohms lag kan man räkna ut U, I och R för det finns ett samband mellan dem. 4
_Effekt När strömmen pressas genom belastningen blir denna varm. När vi omvandlar elektrisk energi till någon annan energiform blir det nästan alltid värmeenergi. Effektutvecklingen, värmen, i belastningen beror på produkten av två storheter, spänning över och strömmen igenom komponenten. Effekt betecknas med P och mäts i watt(w) och sambandet skrivs P = U x I. I bilen sitter det halvljuslampor som är märkta 12V och 60W. Hur stor ström drar en sådan lampa från batteriet? P = U x I, I = P / U = 60 / 12 = 5,0A 5
_Energi Omvandlingen från en energiform till en annan kallas arbete, betecknat W, och mäts i wattsekunder. Ws. I elläran är det vanligare att vi säger Wh(wattimmar) eller kwh(kilowattimmar). Sambandet mellan effekt och energi kan skrivas: W = P x t. (Observera att W använd både för storheten W(Work) och enheten för effekt W(Watt). Batteriet i bilen är märkt 12V, 60Ah. Energiinnehållet i batteriet får man om man multiplicerar dessa enheter. W = 12 x 60 = 720Wh = 0,72kWh. Vi kan räkna ut hur lång tid det skulle ta att ladda ur batteriet om vi lämnar halvljuset påslaget. Vi antar att urladdningstiden är konstant. Eftersom det är två lampor blir totala effekten 120W vilket ger: 120 x t = 720; t = Wh / P = 720 / 120 = 6,0 timmar. 6
_Seriekoppling När vi seriekopplar två eller flera belastningar är det samma ström som passerar genom de olika belastningarna. Spänningen som vi ansluter till kopplingen delas upp över de olika belastningarna i form av spänningsfall. I bilen finns det två seriekopplade värmeelement i förarstolen. En värmespiral i sitsen och en i ryggstödet. Hur stor blir effekten i värmesitsen om varje spiral har en resistans på 1,0Ω? Vi adderar de båda resistanserna vilket ger: Rtot = 1,0 + 1,0 = 2,0Ω. I = U / Rtot = 12 / 2,0 = 6A. P = 12 x 6 = 72W. 7
_Parallellkoppling I starkströmsammanhang är det ovanligt att vi seriekopplar belastningarna utan normalt parallellkopplar vi dem. Det innebär att alla belastningar kopplas till påtryckt spänning. Strömmen från spänningskällan, huvudströmmen grenar sig i de olika belastningarna. Summan av grenströmmarna är lika med huvudströmmen. I = I1 + I2. På bilen sitter två extraljus. I vart och ett sitter en glödlampa märkt: U=12V, P=21W. Hur stor är strömmen till respektive lampa när vi tänder ljusen och hur stor är den totala strömmen från batteriet till de båda lamporna. Varje lampa drar en ström I=P/U, I=21/12=1,75A. Totala strömmen: 3,5A. 8
Om ström och motstånd är givna så är det lätt att bestämma spänningen. Hur? Svar:... Ohms lag, U = R x I... Om strömmen och spänningen är givna så kan man räkna ut motståndet. Hur? Svar:... Ohms lag, R = U / I... Om spänning och motstånd är givna så kan man räkna ut strömmen genom komponenten. Hur? Svar:... Ohms lag, I = U / R 9...
Några räkneexempel på Ohms lag. Exempel 1. En ström på 0,25 A flyter genom en lampa vars resistans är 40 ohm. Hur stor är spänningen över lampan? Svar:... Ohms lag, U = R x I... Ohms lag, U =40 x 0,25 U = 10V Exempel 2. 5 ma ström går igenom ett motstånd på 1 kohm. Hur stor är spänningen över motståndet? Svar:... Ohms lag, U =R x I... Ohms lag, U =1000 x 0,005 U = 5V 10
Exempel 3. Du mäter spänningen över ett motstånd till 10 V. Strömmen genom motståndet är 0,02 A. Hur stort är motståndet? Svar:... Ohms lag, R = U / I... Ohms lag, R =10 / 0,02 R = 500 ohm 11
Ohms lag (lab) Nu skall vi gå från teori till praktik genom att göra en laboration. Innan vi gör denna laboration skall vi gå igenom hur man använder en digital multimeter, en DMM. Du behöver: 2 st 1,5 V batteri 1 motstånd på? kohm 2 glödlampor 1 st DMM Skarvsladdar 12
DMM= Digital Multi Meter Säkerhet: Felaktig hantering kan skada instrumentet. Överskrid inte instrumentets maximala begränsningar. V DC eller V AC= 600V DC/AC μa AC/DC= 200mA/500V Resistans, Diod & Kontinuitetstest= 600V AC/DC 13
DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Vrid ett steg åt höger Nu kan man mäta växelspänning AC upp till 600V. Spänning mäts över belastning. 14
DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Ett tryck på MODE knappen ändrar AC till DC i displayen. Nu kan man mäta spänningen i likströmskretsar upp till 600V. Samma här, spänningen mäts över belastningen. 15
DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Vrid ytligare ett steg åt höger. I detta läge får man inte mäta på en krets med spänning. Nu kan man mäta resistansen, dioder och kontinuitet(summer). Samma som för att mäta spänning så mäter man över belastningen. 16
1 Ellära DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Ett tryck på MODE knappen och vi får en symbol som visar en diod(1). Ett tryck till på MODE knappen visar en summer symbol(2). Används för att se om ledningar eller dyl. är hela. 2 17
DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Vrider vi nu tillbaka så omkopplaren står ett steg till vänster från 0 så kan vi mäta ström. Ström i växelspänningskretsar AC. Inte någon högre ström, utan bara upp till 200mA. Till skillnad från förut så mäter man ström i serie. Strömmen som går i kretsen måste också gå igenom instrumentet vilket gör att vi inte kan mäta så hög ström. 18
DMM= Digital Multi Meter Funktionsomkopplare Ett tryck på MODE knappen så kan vi mäta ström i likspänningskretsar. Samma gäller så klart här, man mäter i serie. Ett steg ytterligare är strömmätning också men i mindre skala. 19
DMM= Digital Multi Meter Ytterligare funktioner på detta instrument är en lampsymbol= Ficklampa. En knapp som det står HOLD på= Ett tryck på den fryser mätvärdet och ett tryck till så återgår den till aktuellt värde i displayen. Längst fram på instrumentet så finns en beröringsfri AC spänningsindikator Men den kan man se om det finns spänning i en vägg, uttag eller i en ledare. Den röda indikeringen lyser när instrumentet är i närheten av växelspänning 20
DMM= Digital Multi Meter Längst fram på instrumentet så finns en beröringsfri AC spänningsindikator Men den kan man se om det finns spänning i en vägg, uttag eller i en ledare. Den röda indikeringen lyser när instrumentet är i närheten av växelspänning. 21
Uppgift 1: Koppla motståndet till batteriet, och mät spänningen över batteriet samt spänningen över motståndet. Anteckna de båda spänningarnas storlek. Spänningen över batteriet är :..V Ca 3 Spänningen över motståndet är:...v Ca 3 Hur stor är spänningen över batteriet jämfört med spänningen över motståndet? Svar: Samma 22
För att mäta strömmen genom motståndet, så måste DMM-en kopplas i serie med motståndet. Samma ström som går genom motståndet måste gå genom DMM-en. För att DMM-en skall mäta rätt måste du ställa om mätområdet till ma DC. Anteckna strömmens storlek. Strömmen genom motståndet är:..ma 0,54 23
Nu kan ni kolla om Ohms lag gäller. Motståndet R skall vara lika med spänningen delat med strömmen. R= U/I Motståndet=. ohm 5 555 eller... 5,55kohm 24
Serie- och parallellkoppling. Vi skall undersöka spänningen över objekt som är seriekopplade och parallellkopplade. Seriekoppling Koppla de två batterierna i serie (för att få upp spänningen till 3V. Se till att + polen på det ena batteriet ansluts till polen på det andra) och lamporna i serie. Rita en figur nedan på hur du kopplat. Mät spänningen över lampa 1, lampa 2 och batterierna. Spänningen över lampa 1 =...V 1,47 Spänningen över lampa 2 =.V 1,43 Spänningen över batterierna =...V 2,91 Vilket samband gäller mellan spänningarna över lampa 1 och lampa 2 jämfört med spänningen över batterierna? Svar:.. I seriekoppling så delar belastningen på spänningen Utan att mäta strömmen genom batteriet, lampa 1 och lampa 2: Vad tror du gäller för samband mellan strömmen genom batterierna, strömmen genom lampa 1 och strömmen genom lampa 2? Svar:. Den är lika var du än mäter den, alltså lika i hela kretsen Om du studerar hur lamporna lyser, styrker detta ditt svar ovan? Svar:... Ja, lamporna lyser lika men svagt 25
Parallellkoppling Vi behåller batterikopplingen som tidigare (dvs de båda 1,5 V batterierna i serie för att få 3 V spänning) men ändrar så vi kopplar de två lamporna parallellt till batteripacken i stället. Rita en figur nedan där du visar hur du kopplat. Mät spänningen över lampa 1, lampa 2 och batteriet. Vad blev resultatet? Spänningen över lampa 1 =....V 2,72 Spänningen över lampa 2 =...V 2,72 Spänningen över batterierna =..V 2,72 Lyser lamporna starkare eller svagare än i försöket ovan? Förklara ditt svar. Svar:.. Starkare Om vi mätt strömmarna genom lampa 1, lampa 2 och batteriet, vilket samband mellan strömmarna tror du skulle ha gällt? Svar: En lampa drar hälften av det totala strömåtgången I detta falla så är det 180mA en lampa drar, totalt 360mA. Skulle vi mäta den totala strömmen med detta instrument så kommer det börja pipa och O.L. kommer stå i displayen. Gränsen för detta instrument är 200mA. 26
Jämförelse mellan elektricitet och vatten Elektrisk storhet: Mäts i: Jämförelse med vatten: Spänning,U Volt,V Trycket på vattnet i ledningen. Ström, I Ampere, A Flödet på vattnet när man öppnar kranen. Motstånd, R Ohm, Ω Kranen i ledningen. Ju mindre motstånd för vattnet, desto mer strömmar det. Effekt, P Watt, W Hur kraftigt vattnet strömmar ur kranen. Energi, E Wattimmar Hur mycket vatten som flödat tills kranen stängs. 27