옴의 법 워크 시트

Taxes & Smuggling - Prelude to Revolution: Crash Course US History #6 (12 월 2018).

Anonim

옴의 법 워크 시트

기본 전기


질문 1

에너지, 노동권력 이라는 용어를 정의하십시오.

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일은 멀리서 힘을 행사하는 것입니다. 에너지 는 업무 수행 능력입니다. 전력 은 단위 시간당 수행되는 작업 속도입니다.

노트:

학생들은 이러한 정의를 얻는데 도움이되는 기본적인 물리학 문안을 찾을 수 있습니다. "일"은 특히 기초 물리에 익숙하지 않은 학생들에게 정확하게 정의하기 어려운 개념입니다. 기술적으로 힘과 변위의 벡터 내적입니다. 즉 힘과 거리 벡터가 서로 정확하게 평행 한 경우 에만 힘이 거리 거리에 해당 합니다. 달리 말하면, 땅에 평행하게 걷고있는 동안 (위로 또는 아래로 가지 않고) 10kg의 질량을 들고 (힘의 줄다리기를 들어 올리면), 힘과 변위 벡터는 서로 수직이고, 내가하는 일은 질량을 운반 할 때 0됩니다 . 나의 힘이 정확하게 내 동작과 같은 방향으로 향하게되어 모든 노력이 일로 바뀌는 경우에만 가능합니다.

질문 2

전압 은 일반적으로 "전기 압력"으로 정의됩니다. 그러나 전압 단위는보다 근본적인 물리적 단위로 정의 될 수 있습니다. 이 유닛들은 무엇이며, 볼트의 단위 "# 2"와 어떻게 관련되어 있습니까?> 공개 답변 답변 숨기기

1 볼트는 1 쿨롱의 전하 (6.25 × 10 18 전자)에 부여 된 1 줄의 에너지와 같습니다.

V =


어디에,

V = 전압 (볼트)

W = 일 또는 잠재적 인 에너지 (줄)

Q = 충전 (쿨롱)

노트:

나는 보통 "E"보다는 전압을 나타내는 "V"라는 문자를 사용합니다. 이것은 일반적으로 물리학이 작용하기 때문에 "E"는 일반적으로 "에너지"또는 "전기장"을 의미하기 때문입니다. 일부 전자 책에서는 전압 "E"를 사용하는 반면, 다른 전자 문자는 "V"문자를 사용하거나 두 문자를 같은 의미로 사용합니다.

질문 3

전류는 암페어 또는 앰프 의 단위로 측정됩니다. 이 장치의 물리적 정의는 무엇입니까? 어떤 기본 양이 전류 1 암페어를 구성합니까?

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1 암페어의 전류는 1 초당 1 쿨롱과 같은 전자 운동의 속도이다.

나는 =


어디에,

I = 전류 (암페어)

Q = 모션 충전 (쿨롱)

t = 시간 (초)

노트:

이 시점에서 하나의 전하 쿨롱 (coulomb of charge)을 구성하는 전자의 수 : 6.25 × 10 18 전자를 검토하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

기술적으로, 현재의 수학적 정의에는 미적분이 포함됩니다.

나는 = dQ


dt

그러나이 단계의 학생은 파생물을 아직 탐험 할 준비가되지 않았으므로 (평균) 전류에 대한 답을 수식에 입력하면 충분합니다.

질문 4

소량의 (제한적인) 노즐 또는 커다란 (제한이없는) 노즐의 더 높은 비율의 물을 흘릴 수있는 일정량의 수압에 대해? 이것이 단순한 전기 회로의 전압, 전류 및 저항 연구와 어떻게 관련되는지 설명하십시오.

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분명히 제한이없는 노즐은 더 큰 유량의 물을 통과시킬 것이며 다른 모든 요소는 동일합니다. 전기 회로에서, 적은 저항은 일정량의 "압력"(전압)에 대해 더 큰 전자 유속 (전류)을 통과시킵니다.

노트:

물의 흐름은 전기에 대한 완벽한 비유는 아니지만 기본 전기 교육에 유용 할만큼 충분히 가깝습니다. 학생과의 유추로 물 부족 현상에 대해 토론 할 준비를하십시오 (예 : "전자가 열려진 호스 또는 파이프의 끝 부분에서 물과 같은 열린 선의 끝 부분을 흘리지 않도록하는 방법"워크 시트 패널 패널 - 기본값 " itemscope>

질문 5

이 회로를 만들고 저항과 저항을 통과하는 전류를 측정한다고 가정합니다.

이 숫자 값을 테이블에 기록하면 결과는 다음과 같습니다.

XXXXXXXXXXXXXX
흐름전압
0.22 A0.66V
0.47 A1.42V
0.85 A2.54V
1.05 A3.16V
1.50 A4.51V
1.80 A5.41V
2.00 A5.99 V
2.51 A7.49 V

이 그래프를 다음 그래프에 플롯하십시오.

이 간단한 회로 "# 5"에서 전압과 전류 사이에 어떤 수학적 관계가 있는지 살펴보십시오> 계시 답변 대답 숨기기

다음은 선형 함수의 예입니다. 데이터 세트를 설명하는 플롯이 그래프에서 직선을 따라 이동합니다. 이 선과 수치 수치로부터 전압과 전류의 일정한 비율을 구별 할 수 있어야합니다.

노트:

실제 데이터에서 측정 오류의 유형을 시뮬레이션하기 위해 원시 데이터 수치가이 문제에서 의도적으로 "시끄러운"것으로 나타났습니다. 이와 같은 잡음으로 인한 해석 문제를 극복하는 데 도움이되는 도구는 그래프입니다. 노이즈가 존재하더라도 함수의 선형성이 아주 분명하게 드러납니다.

학생들은 자신의 데이터를 이해하기위한 도구로 그래프를 만드는 법을 배워야합니다. 숫자 간의 관계가 그래픽 형식으로 표현되면 데이터의 다른 표현 모드를 제공하여 사람들이 숫자의 행과 열을 검토하는 것보다 쉽게 ​​패턴을 파악할 수 있도록합니다.

질문 6

이 회로에서 저항을 통과 할 전류 (I)의 양을 계산하는 방법을 단계별로 설명하십시오.

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저항 전류 = 0.02553 amps 또는 25.53 mA (mA).

노트:

그냥 단순한 옴의 법칙 계산법 - 트릭이 아닙니다! 그러나이 질문의 요점은 학생들이 계산을 수행하는 단계에 대해 생각하게하는 것입니다. 많은 학생들이 그러한 질문에 대답하기 위해해야 ​​할 일을하는 이유 를 배우기보다는 절차를 암기하기 만하면됩니다. 암기와 이해를 넘어선 도전에 대한 강사로서의 당신의 임무입니다.

질문 7


∫f (x) dx Calculus alert!


같은 그래프에 세 가지 다른 값 (1 Ω, 2 Ω 및 3 Ω)의 저항에 대한 전압 및 전류 간의 관계를 그립니다.

세 가지 플롯 "# 7"로 표현되는 패턴은 무엇입니까?> 공개 답변 답변 숨기기

저항이 클수록 플롯 된 선의 기울기가 가파릅니다.

진보 된 대답 : 이들 각 플롯의 미분을 표현하는 적절한 방법은 (dv / di)입니다. 선형 함수의 미분은 상수이며, 이 세 경우의 각각에서 상수는 저항 저항을 옴 단위로 나타냅니다. 따라서 간단한 저항 회로의 경우 전압 / 전류 함수의 순간 변화율이 회로의 저항이라고 말할 수 있습니다.

노트:

학생들은 그래프에 익숙해 져야하며, 자신 만의 간단한 그래프를 만드는 것이 이러한 이해를 개발하는 훌륭한 방법입니다. 옴의 법칙 함수를 그래픽으로 표현함으로써 학생들은 개념의 또 다른 "전망"을 얻을 수 있으므로 부정적인 저항과 같은 고급 개념을보다 쉽게 ​​이해할 수 있습니다.

학생들이 그래프 계산기 나 2 차원 그래프를 그릴 수있는 컴퓨터 소프트웨어에 액세스 할 수 있다면, 이들 기술 자원을 사용하여 기능을 계획하도록 권장하십시오.

나는 가능할 때마다 수학 개념을 물리 과학 과정에 "몰래 넣는"것이 좋은 습관이라는 것을 알았습니다. 많은 사람들에게 수학은 추상적이고 혼란스러운 주제이며 실제 적용의 맥락에서만 이해 될 수 있습니다. 전기 및 전자 공학에 대한 연구는 수학적 배경이 풍부하므로 가능할 때마다 그것을 활용하십시오! 학생들이 큰 이익을 얻습니다.

질문 8

이 저항의 값은 (Ω)으로 무엇입니까?

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저항 값 = 2700 Ω 또는 2.7 kΩ.

유럽에서 널리 사용되는 부품 값 표현 형식 중 하나는 소수점을 미터법 접두어로 대체하는 것이므로 2.7 kΩ은 2k7 Ω으로 표시됩니다. 이 표기법은 더 간단 할뿐만 아니라 유럽과 미국인이 경험 한 해석상의 어려움을 능가하며 쉼표와 소수점을 역으로 사용합니다.

노트:

일부 학생들은 유럽에서 쉼표가 소수점으로 사용되고 비자로 사용된다는 것을 알지 못할 수도 있습니다. 따라서 2 천 7 백명은 미국에서는 2, 700 명, 유럽에서는 2.700 명으로 작성됩니다. 반대로, π는 미국에서는 3.141593이지만 유럽에서는 3, 141593으로 기록됩니다. 혼란스러운 "워크 시트 패널 패널 - 기본값"itemscope>

질문 9

전기에 대한 일반적인 말은 항상 최소한의 저항의 길을 택한다는 것입니다. "이 속담이 배터리에서 나오는 전류가 다른 하나보다 저항이 적은 두 개의 대체 경로를 만나는 다음 회로와 어떻게 관련되어 있는지 설명합니다.

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250 Ω 저항에는 40 mA의 전류가 흐르고 800 Ω 저항에는 12.5 mA의 전류가 흐르게됩니다.

노트:

강사로서 많은 초보 학생들이 모든 전류가 낮은 저항기를 통과하고 더 큰 저항기를 통과 하지 않을 것이라고 주장하는 것을 듣고 매우 놀랐습니다! "최소한의 저항의 길을 취한다"라는 속담은 "저항에 덜 비례 하는 길을 비례 하여 취하는 것"으로 이해해야한다. 전기 연구에 익숙하지 않은 사람들은 종종 이러한 기본 원칙을 오해한다. 그들의 실수는 보통 이와 같은 민중의 지혜에 근거한다. 어려운 사실을 통해 이러한 신화를 깨뜨리는 것이 필수적입니다. 이 경우 옴의 법칙은 잘못된 아이디어를 없애기 위해 사용할 수있는 수학적 도구로 사용됩니다.

물론이 회로는 쉽게 조립하고 수업 중에 테스트 할 수 있으므로 모든 사람이 스스로 진실을 볼 수 있습니다.

질문 10

빛을 방출하는 과열 와이어 필라멘트의 원리에 따라 작동하는 "백열등"디자인과는 다른 전구의 한 스타일을 가스 방전 튜브 라고합니다. 전구의 이러한 디자인에서 빛은 두 개의 전극 사이에 전류가 흐를 때 가스 분자의 직접 "여기"에 의해 생성됩니다.

두 가지 유형의 전구는 흥미로운 전압 / 전류 플롯을 가지며 어느 것도 저항의 전압 / 전류 플롯과 동일하지 않습니다. 첫째, 백열전 구의 전압 / 전류 플롯 :

다음으로, 가스 방전 전구에 대한 전압 / 전류 플롯 :

이 두 그래프를 바탕으로 각 전구 유형의 전기 저항에 대해 작동 범위 "# 10"에 대해 무엇을 말할 수 있습니까?> 공개 답변 대답 숨기기

넓은 범위의 동작 조건에서 상대적으로 고정 된 (변화하지 않는) 전자 이동에 대한 저항을 제공하는 저항과 달리, 전구의 전기 저항은 일반적으로 각각의 동작 범위에 걸쳐 극적으로 변한다.

그래프에서 각 전구 유형에 대한 저항이 최대치 에 있고 저항이 최소 인 곳을 결정하십시오.

노트:

많은 유형의 전기 및 전자 부품이 전류 및 전압의 작동 범위에 걸쳐 전기 저항의 변화를 경험합니다. 저항기는 연구하기 쉽지만 대부분의 전자 부품의 동작을 나타내지는 않습니다. 전기와 전자의 실제 세계는 옴의 법칙이 제안하는 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 학생들이 이해하는 것이 중요합니다 (고정 저항에 대한 암묵적인 가정하에). 이것은 그래프가 실제로 설명하는 데 도움이되는 하나의 개념입니다.

질문 11

가스 방전 램프의 전압 / 전류 그래프를 그리는 데 필요한 데이터를 수집하기위한 실험 회로의 회로도를 그립니다.

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노트:

기술 교육자로서의 나의 목표 중 하나는 학생들의 실험 기술 개발을 장려하는 것입니다. 장치의 작동이나 전기적 원리에 대한 지식을 얻는 가장 정확한 방법은 실제로이를 테스트하는 회로를 만드는 것입니다. 필자는 필자의 커리어에서이 기술을 여러 번 사용해 피사체에 대한 지식을 향상 시켰으며 귀중한 기술로 입증되었습니다.

이 질문에서 학생들은 암시 적으로 다음과 같은 몇 가지 핵심 사항을 확인해야합니다.

• 계기를 연결하여 램프 전압을 측정 할 수있는 곳.
• 계기를 연결하여 램프 전류를 측정 할 수있는 곳.
• 여러 값을 테스트하고 플롯 할 수 있도록 전류를 조정 가능하게 만드는 방법.

또한 학생들은 가스 방전 램프를 테스트하는 데 필요한 전압 / 전류 범위를 확인해야합니다. 회로도에 표시된 고전압 전원을 확인하십시오. 학생들은 "이 전압을 얼마나 높이"워크 시트 패널 패널 - 기본 "itemscope>

질문 12

부정적인 저항 이란 무엇입니까?

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"네거티브 저항"은 전압이 떨어질 때 전기 성분이 더 적은 전류를 통과하는 곳입니다.

노트:

많은 가스 방전 장치는 작동 범위의 특정 부분에 대해 음의 저항을 나타낼뿐만 아니라 많은 반도체 장치도 마찬가지입니다.

질문 13

전기가 약간의 전기 저항을 제공하는 도체를 통과 할 때, 그 도체의 온도는 주변 온도보다 높아진다. 왜 이런거야? 이 효과는 실제적으로 얼마나 중요한가?

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전기 저항은 기계적 마찰 과 유사합니다. 전자는 저항을 통해 자유롭게 흐를 수 없으며, 마찰되는 마찰은 마모 된 기계적 베어링의 마찰이 회전의 운동 에너지 중 일부를 추운 날에 그들을 문지르면서 사람의 손 사이에 마찰이나 열이 가해지면 운동의 일부가 열로 변환됩니다.

노트:

이것은 업무, 에너지 및 힘에 대한 토론을 시작하기에 좋은 출발점입니다. 물론 전력은 전압에 전류를 곱하여 직접 계산할 수 있으며 와트 단위 로 측정됩니다. 또한 전기 전도체의 실질적인 한계를 논의 할 수있는 기회를 제공합니다.

질문 14

소량의 (낮은 저항) 저항 또는 높은 값 (높은 저항) 저항 : 어떤 양의 전류가 어느 정도의 전력을 소비 할 것인가? 당신의 대답을 설명하십시오.

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높은 저항 정격 (많은 "옴 (ohms)"저항)을 갖는 저항은 같은 양의 전류가 주어지면 더 낮은 값의 저항보다 많은 열 전력을 발산합니다.

노트:

이 질문은 학생들이 현재와 저항과 권력과의 관계에 대해 질적으로 생각하도록하기위한 것입니다. 나는 질적 (숫자가 아닌) 분석이 학생들에게 대답을 정량적으로 (숫자로) 계산하도록 요청하는 것보다 더 어려운 일임을 발견했습니다. 종종 간단한 수학은 학생들이 주제에 대한 진정한 이해로부터 피난처를 찾는 일종의 장벽입니다. 즉, 실제 문제에서 변수의 상호 관계에 대해 실제로 생각 하는 것보다 계산기에서 키를 펀치 (또는 종이와 연필로 계산을 수행하는 것)하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 전기 시스템에 대한 정성적인 이해는 신속하고 효율적인 문제 해결에 중요합니다.

질문 15

이 그래프에서 2 Ω 저항에 대한 전력과 전류 사이의 관계를 플롯합니다.

줄거리 "# 15"로 표현되는 패턴은 무엇입니까?> 공개 답변 대답 숨기기

저항을 통과하는 전류가 많을수록 전력 소모가 많아집니다. 그러나 이것은 선형 함수가 아닙니다 !

노트:

학생들은 그래프에 익숙해 져야하며, 자신 만의 간단한 그래프를 만드는 것이 이러한 이해를 개발하는 훌륭한 방법입니다. 옴의 법칙 (실제로는 주울의 법칙)의 힘 함수를 그래픽으로 표현하면 학생들은 개념의 다른 "뷰"를 얻을 수 있습니다.

학생들이 그래프 계산기 나 2 차원 그래프를 그릴 수있는 컴퓨터 소프트웨어에 액세스 할 수 있다면, 이들 기술 자원을 사용하여 기능을 계획하도록 권장하십시오.

질문 16

여기에 간단한 배터리로 작동하는 손전등의 회로도가 나와 있습니다.

"# 16"을 켜면 손전등이 더 많은 빛을 내도록 회로 또는 구성 요소에 대해 수정 될 수있는 내용> 공개 답변 대답 숨기기

여하튼, 전구에 의해 낭비되는 전력을 증가시켜야합니다. 아마도 전력 손실을 증가시키는 가장 확실한 방법은보다 큰 전압 출력을 갖는 배터리를 사용하여보다 큰 전구 전류와 더 큰 전력을 제공하는 것입니다. 그러나 이것이 유일한 옵션은 아닙니다! 손전등의 출력이 증가하는 또 다른 방법을 생각해보십시오.

노트:

"명백한"해결책은 옴의 법칙을 직접 적용하는 것입니다. 다른 해결책은 그렇게 직접적이지 않을 수도 있지만, 어떻게 든 옴의 법칙에 다시 관련됩니다.

질문 17

두 가지 기본적인 옴의 방정식이 있습니다 : 하나는 전압, 전류 및 저항, 그리고 다른 관련 전압, 전류 및 전력 (후자의 방정식은 때때로 옴의 법칙보다는 줄의 법칙으로 알려져 있습니다) :

E = IR

P = IE

전자 교과서와 참고 서적에는이 두 방정식의 12 가지 변형이 있습니다. 하나는 고유 한 두 변수의 쌍으로 각 변수를 해결합니다. 그러나 위에 표시된 두 개의 간단한 방정식을 대수적으로 조작 할 수있는 능력이 있다면 12 개의 방정식을 모두 외울 필요는 없습니다.

여기에 표시된 두 개의 Ohm 's Law / Joule 's Law 방정식의 10 가지 "기타"형식을 유도하는 데 대수가 사용되는 방법을 보여줍니다.

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나는 당신에게 대수 조작을하는 방법을 보여주지 않겠지 만 열 가지 다른 방정식을 보여 주겠다. 첫째, E = IR로부터 엄격하게 유도 될 수있는 방정식 :

나는 = 이자형


아르 자형

R = 이자형


나는

다음으로, P = IE로부터 엄격하게 유도 될 수있는 방정식 :

나는 =


이자형

E =


나는

다음은 질문에서 주어진 원래의 두 방정식 사이의 대수적 대입 을 사용하여 도출 될 수있는 방정식입니다.

P = I2R

P = E 2


아르 자형

마지막으로 마지막 두 개의 방정식을 조작하여 도출 될 수있는 방정식은 다음과 같습니다.

R =


나는 2

나는 =쥐 √



아르 자형

E =


홍보

R = E 2


노트:

대수학은 많은 기술 분야에서 매우 중요한 도구입니다. 전자 공학의 연구에 대한 한 가지 좋은 점은 기본적인 대수적 원리를 학습 (또는 적어도 조명) 할 수있는 비교적 간단한 맥락을 제공한다는 것입니다.

미적분 개념에 대해서도 마찬가지로 말할 수 있습니다. 미분과 적분 (시간과 관련하여)의 기본 원리는 커패시터 및 인덕터 회로에 쉽게 적용 할 수 있으며 학생들에게 접근 할 수있는 맥락을 제공하여 다른 추상적 인 개념을 파악할 수 있습니다. 그러나 미적분은 나중에 워크 시트 질문에 대한 주제입니다. . .

질문 18

이 회로에서 세 개의 레지스터는 단일 소스에서 동일한 양의 전류 (4amp)를 수신합니다. 각 저항에 의해 "떨어지는"전압의 양과 각 저항에 의해 소비되는 전력의 양을 계산하십시오.

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E 1 Ω = 4V

E 2 Ω = 8 볼트

E 3 Ω = 12 볼트

P 1 Ω = 16 와트

P 2 Ω = 32 와트

P 3 Ω = 48 와트

추가 질문 :이 회로의 모든 구성 요소에 흐르는 전류의 방향과 해당 전압 강하의 극성을 비교하십시오. 배터리에 대한 전류 방향과 전압 극성 사이의 관계, 모든 레지스터에 대한주의 사항 "숨겨진 노트"> ​​참고 :

이 질문에 대한 답은 특히 학생들이 마찰 면에서 전기 저항을 이해할 때 어떤 놀라움을 만들어서는 안됩니다. 저항이 더 큰 저항 (전자 이동에 더 많은 마찰)은 동일한 양의 전류를 얻기 위해 더 큰 전압 (푸시)을 필요로합니다. 더 큰 저항 (마찰)을 가진 저항은 같은 양의 전류가 주어지면 열의 형태로 더 많은 전력을 발산합니다.

이 질문의 또 다른 목적은 동일한 양의 전류를 공유하는 간단한 직렬 회로에서 구성 요소의 개념을 학생들의 마음에 심어주는 것입니다.

학생들에게 각각의 전압 강하 및 전력 손실에 대한 수학적 패턴을 인식하도록하십시오. 예를 들어, 2 Ω 저항 대 1 Ω 저항의 전압 강하에 대해 수학적으로 말할 수있는 것은 무엇입니까?

질문 19

이 회로에서 세 개의 레지스터는 단일 소스에서 동일한 양의 전압 (24V)을 수신합니다. 각 저항에 의해 소비되는 "양"과 각 저항에 의해 소비되는 전력의 양을 계산하십시오.

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I 1 Ω = 24 암페어

I 2 Ω = 12 암페어

I 3 Ω = 8 암페어

P 1 Ω = 576 와트

P 2 Ω = 288 와트

P 3 Ω = 192 와트

노트:

이 질문에 대한 답은 학생들에게 역설적 인 것처럼 보일 수 있습니다. 가장 낮은 저항 값이 가장 큰 전력을 분산시킵니다 . 수학은 거짓말을하지 않습니다.

이 질문의 또 다른 목적은 동일한 양의 전압을 공유하는 간단한 병렬 회로에서 구성 요소의 개념을 학생들의 마음에 심어주는 것입니다.

학생들에게 각각의 전류 및 전력 소산의 수학적 패턴을 인식하도록 권유하십시오. 수학적으로 2 Ω 저항과 1 Ω 저항에 의해 소비되는 전류에 대해 "워크 시트 패널 패널 기본값"항목 스코프와 같은 것을 말할 수 있습니다.

질문 20

전구의 밝기 - 또는 전기 부하로 인해 소비되는 전력 -은 다음과 같이 회로에 가변 저항을 삽입하여 변경 될 수 있습니다.

이 전력 제어 방법은 단점이 없습니다. 회로 전류가 5amp이고 가변 저항이 2 Ω이고 램프가 단자에 20 볼트의 전압을 떨어 뜨리는 경우를 생각해보십시오. 램프에 의해 소비되는 전력, 가변 저항으로 소모되는 전력 및 전압 소스에 의해 제공되는 총 전력을 계산하십시오. 그런 다음 이러한 전력 제어 방법이 왜 이상적이지 않은지 설명하십시오.

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P 램프 = 100 와트

P 저항 = 50 와트

P = 150 와트

후속 질문 : 원래의 질문에서 직렬 저항 (가변 저항)이 램프 전력을 제어하는 ​​효율적인 수단이 아닌 이유를 파악하는 데 사용할 가상의 값 집합을 제공하는 방법에 유의하십시오. 특정 값의 가정이 가치가없는 경우 유용한 문제 해결 기법이라는 것을 설명하십시오.

노트:

에너지 보존의 개념에 대해 토론하십시오. 에너지는 생성되거나 파괴 될 수 없지만 단지 다른 형태로 변경됩니다. 이 원리를 토대로 회로에서 모든 전력 손실의 합은 구성 요소가 함께 연결되는 방법에 관계없이 에너지 원에 의해 공급되는 총 전력량과 같아야합니다.

질문 21

현대적인 전력 제어 방법은 전기 부하와 함께 인라인으로 고속 작동 스위치를 삽입하여 시간이 지남에 따라 전원을 매우 신속하게 켜고 끄는 것입니다. 일반적으로 트랜지스터 와 같은 고체 상태 장치가 사용됩니다.

이 회로는 실제 펄스 제어 전원 회로에서 크게 단순화되었습니다. 간단히하기 위해 트랜지스터가 켜져 있고 꺼 지도록 명령하는 데 필요한 "펄스"회로가 아닙니다. 당신이 알고 있어야 할 것은 트랜지스터가 기계적인 힘에 의해서 라기보다는 전류에 의해 제어된다는 것만 제외하면 트랜지스터가 단순한 단일 극 싱글 스로우 (single-pole single-throw, SPST) 스위치처럼 동작한다는 것입니다. 마모 나 피로없이 초당 수백만 번 켜고 끌 수 있습니다.

트랜지스터가 충분히 빠르게 on / off되는 경우, 전구에 대한 전력은 가변 저항으로 제어되는 것처럼 부드럽게 변할 수 있습니다. 그러나 가변 저항이 동일한 작업에 사용되는 경우와 달리 전력을 제어하기 위해 고속 스위칭 트랜지스터를 사용할 때 낭비되는 에너지는 거의 없습니다. 이 전력 제어 모드는 일반적으로 Pulse-Width Modulation 또는 PWM이라고 합니다.

PWM 전력 제어가 직렬 저항을 사용하여 부하 전력을 제어하는 ​​것보다 훨씬 효율적인 이유를 설명하십시오.

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트랜지스터가 켜지면 닫힌 스위치처럼 동작합니다 : 전체 부하 전류를 전달하지만 전압은 거의 떨어지지 않습니다. 따라서 "ON"전력 (P = IE) 손실은 최소화됩니다. 반대로, 트랜지스터가 꺼지면, 그것은 열려있는 스위치처럼 동작합니다 : 전혀 전류가 흐르지 않습니다. 따라서 "OFF"전력 손실 (P = IE)은 0이다. 부하 (전구)에 의해 소비되는 전력은 "ON"및 "OFF"트랜지스터 사이클 사이에서 소비되는 시간 평균 전력입니다. 따라서 부하 전력은 제어 장치에서 "낭비"전력없이 제어됩니다.

노트:

학생들은 조명을 켜고 끄는 방법으로 전구를 어둡게 만드는 방법을 파악하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 이 개념을 이해하는 핵심은 트랜지스터의 스위칭 시간이 전구의 필라멘트가 완전히 가열되거나 완전히 냉각되는 데 걸리는 시간보다 훨씬 빨라야한다는 것을 인식하는 것입니다. 상황은 가속 페달을 빠르게 펌핑하여 자동차의 속도를 조절하는 것과 유사합니다. 천천히 끝나면 결과는 다양한 자동차 속도입니다. 그래도 충분히 빠르면, 자동차의 질량은 평균적으로 페달의 "ON"/ "OFF"사이클링을 평균하여 거의 일정한 속도로 진행됩니다.

이 기술은 산업용 전력 제어에서 매우 보편적이며 오디오 증폭 기술 ( 클래스 D 라고 함)으로 인기를 얻고 있습니다. 제어 장치에 의한 최소한의 낭비 된 전력의 이점은 많습니다.

질문 22

이 회로의 스위치가 갑자기 닫히면 전구의 밝기는 어떻게됩니까? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00103x01.png">

답변 공개 답변 숨기기

전압 소스는 부하에 관계없이 일정한 전압 출력을 유지해야하기 때문에 스위치를 닫을 때 전구의 밝기가 변경되지 않는 것이 이상적입니다. 그러나 스위치가 닫힐 때 저항에 의해 추가로 전류가 흐르면 추가 부하에서 배터리 전압이 "처지"때문에 램프가 약간 어두워 질 수 있습니다. 그러나 배터리가 애플리케이션에 비해 너무 큰 경우 전압 "처짐"정도는 중요하지 않습니다.

노트:

이 질문은 이론적 인 계산을 위해 일반적으로 가정 된 이상적인 조건과 실생활에서 마주 치는 조건 사이의 불일치를 설명합니다. 사실, 부하 (전류로부터 끌어온 전류)에 관계없이 일정한 출력 전압을 유지하는 것이 전압 소스의 목적이지만 실제 생활에서는 거의 불가능합니다. 대부분의 전압 소스는 부하 전류의 범위에 따라 출력에서 ​​어느 정도의 "전압 강하"를 나타냅니다.

이 예에서, 스위치가 닫힐 때 전압 소스의 출력이 얼마나 "낮아질 지"알 수는 없습니다. 왜냐하면 저항의 전류를 전구의 전류와 비교하거나 전압 소스의 정격 출력 전류는 다음과 같습니다. 우리가 말할 수있는 것은 이론적으로 스위치를 닫을 때 아무런 영향을 미치지 않을 것이지만 스위치가 닫힐 때 실제 환경에서는 어느 정도 흐려질 것입니다.

질문 23

저항이 전혀없는 전선 (0Ω)이 6V 배터리의 단자에 직접 연결되면 어떻게됩니까? 옴의 법칙에 따르면 얼마나 많은 전류가 흐를까요?

방금 설명한 방법으로 6V 배터리를 단락시키고 8amp의 전류를 측정한다고 가정합니다. 이전 단락의 계산 된 수치가 실제 측정 값 "# 23"과 일치하지 않는 이유는 무엇입니까?> 공개 답변 대답 숨기기

옴의 법칙은 무한 전류 (전류 = 전압을 제로 저항으로 나눈 값)를 제안합니다. 그러나, 설명 된 실험은 현저한 양의 전류만을 산출합니다.

실험에 사용 된 와이어가 저항이 없다고 생각하면 (예 : 저항이 있음) 예측 된 전류량과 측정 된 전류량 사이의 차이를 고려하면 부분적으로 정확합니다. 현실적으로 실험에 사용 된 것과 같은 작은 와이어는 저항이 수십 옴에 달합니다. 그러나 와이어 저항이 0.1 Ω 인 전류를 다시 계산하면이 단락 회로에서 예상과 실제 측정 된 전류 사이에 큰 불균형이 있음을 알 수 있습니다.

Follow-up question # 1 : 와이어 저항만으로 겸손한 단락 전류를 설명하지 못하는 이유를 설명하십시오.

후속 질문 # 2 : 이와 같은 실제 실험과 관련된 안전 위험을 적어도 하나 식별하십시오.

노트:

학생들에게 전력 소스의 단락 테스트가 위험 할 수 있음을 상기시킵니다. 한 학생이 렌치 손잡이를 사용하여 배터리 단자를 단락시킨 후 툴 포치에 6 볼트 "랜턴"배터리를 채웠다.

아닙니다. 옴의 법칙은 여기에서 속이고 있지 않습니다. 0 옴 도체로 전압 소스를 단락해도 무한 전류가 발생하지 않습니다. 이러한 회로에는 다른 저항원이 있기 때문입니다. 여기서의 임무는 그 근원이 어디에 있는지, 어떻게 위치 할 수 있는지를 결정하는 것입니다.

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