Zrozumieć Elektronikę: wykorzystujemy multimetry

Ten artykuł jest rozszerzoną wersją filmu B002 na moim kanale YT. Pokazuje zupełnie niezorientowanym jak korzystać z multimetru, czyli miernika uniwersalnego. To jest też wprowadzenie do kursu „Fascynujące przemiany energii”, pozwalającego zrozumieć i przypomnieć fundamenty elektroniki.

W ramach inicjatywy „Zrozumieć Elektronikę” na podstawie kolejnych filmów i artykułów będziemy uczyć się elektroniki, realizując fascynujące przemiany energii. Zasadniczo nie musisz przy tym przeprowadzać żadnych pomiarów – możesz tylko wykonać podstawowe eksperymenty. Tak, ale jeżeli przy okazji tych interesujących eksperymentów dodatkowo przeprowadzisz pomiary, to zrobisz ogromny krok w kierunku zrozumienia elektroniki. A przecież o to chodzi. Dlatego ten artykuł i film przeznaczone głównie dla zupełnie niezorientowanych, oznaczone jako B002, poświęcone są podstawowym pomiarom.

Napięcie i prąd elektryczny

Najpierw przypomnienie podstaw: wszystkie rodzaje energii wyrażamy w watogodzinach (Wh) lub dżulach (J). Moc czyli tempo przekazywania, przekształcania energii wyrażamy w watach (W).

Aby określić moc elektryczną mierzymy dwa kluczowe parametry: napięcie elektryczne oraz prąd elektryczny (to nie jest to samo). Moc obliczamy z ich pomożenia: P = U × I.

Ponieważ moc to tempo przemiany/przekazywania energii, więc energię, ilość energii, obliczamy mnożąc moc przez czas: E = P × t = U × I × t.

Dziś do pomiarów wykorzystujemy multimetry, czyli mierniki uniwersalne, które zależnie od ustawienia, mogą mierzyć nie tylko napięcie i prąd (stałe DC i zmienne AC), ale też inne wielkości elektryczne.

Ćwiczenia proponowane w kursie „Fascynujące przemiany energii” zrealizujesz bez multimetru, czyli nie musisz niczego mierzyć. Ale pomiary ogromnie wzbogacą wiedzę – gorąco zachęcam do wykorzystania multimetru. A jeszcze lepiej – dwóch multimetrów. Oto przykłady wykorzystania.

Fotografia 1 pokazuje zaskakujący test niebieskiej diody LED podłączonej do zasilacza. Tak ustawiłem napięcie zasilacza (2,27 V), żeby w słabym oświetleniu było zauważalne świecenie niebieskiej struktury. Można je zaobserwować już przy znikomo małym prądzie 0,5 mikroampera (0,5 µA), czyli 0,0000005 A, pokazywanym przez (mikro)amperomierz. Moc to iloczyn napięcia i prądu (P = U × I). Pomnożenie wartości prądu i napięcia z fotografii 1 daje moc około 1 mikrowata (0,000001 W). Energia elektryczna w tempie około 1 mikrowata (1 mikrodżula na sekundę) zamienia się na inne rodzaje energii, w tym na energię świetlną (energię promieniowania elektromagnetycznego).

Natomiast podczas kręcenia filmu, przy znacznie silniejszym oświetleniu pomieszczenia, świecenie było zauważalne dopiero przy prądzie około 10 mikroamperów i mocy około 20 mikrowatów.

Dla bardziej wtajemniczonych: mówi się, że niebieskie diody mają napięcie pracy (przewodzenia) ponad 3 wolty. Tymczasem w niezbyt jasnym pomieszczeniu zauważalne świecenie występuje już przy napięciu 2,27 V, pokazywanym przez woltomierz dołączony wprost do zacisków diody. Dlatego też rzeczywisty prąd diody wynosi około 0,3 mikroampera, bowiem 0,2 µA pobiera woltomierz dołączony równolegle do diody.

W zaciemnionym pomieszczeniu niebieskie światło tego egzemplarza diody daje się zauważyć już przy prądzie diody 0,05 mikroampera i przy napięciu na diodzie 2,18 V. Zarówno mała wartość napięcia, jak i  znikome wartości prądu, a tym bardziej mocy, mogą być sporym zaskoczeniem nawet dla doświadczonych elektroników.

W filmie B002 jest informacja, że miniaturowa żaróweczka 6-woltowa przy napięciu 6 V pobiera około 0,33 wata mocy. Ta żaróweczka zaczyna zauważalnie świecić przy napięciu 1 V i pobiera wtedy około 20 miliamperów, czyli pobiera z zasilacza 20 miliwatów mocy. 20 miliwatów, czyli około 20 tysięcy razy więcej niż niebieska dioda LED.

Fotografia 2 prezentuje „żarówkę wynalezioną w filmie”. Przy napięciu 21,6 V płynie prąd 7,78 A i pochodzący ze starego grzejnika kawałek drutu oporowego zostaje rozgrzany do białości. Pochodząca z zasilacza energia w tempie 168 watów (21,6 V × 7,78 A) zamienia się na inne rodzaje energii: częściowo na światło, czyli na energię promieniowania elektromagnetycznego, a w większości na energię cieplną.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2024 znajduje się tutaj.

 

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10 zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.