Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 16. Mérések és határok
A legegyszerűbb áramkörben mindig egyik irányból a másikba folyik az áram, és a feszültség iránya sem változik. Ezért az ilyen áramot és feszültséget egyenáramnak, illetve egyenfeszültségnek hívjuk.
Mind a két mennyiséget elég egyszerűen tudjuk mérni. Az áramméréshez áramerősség mérő műszert használunk. Ahhoz, hogy mérni tudjunk, az áramkört meg kell szakítani, és a megszakítási pontba be kell iktatni a műszert. Az áram átfolyik a műszeren. Annak érdekében, hogy a műszer ne hamisítsa meg a mérést, az áramerősséget mérő szerkezetnek nem lehetne ellenállása. Ilyen műszert nem lehet készíteni, olyat viszont igen, amelyiknek nagyon kicsi az ellenállása.
A kapcsolási rajzon új elem az a kör, amiben A betű van, mivel az áramerősséget amperben mérjük. Gyakran egy, a körön áthúzott nyíl jelöli, hogy mérőeszközről van szó, de az nem szabványos jelölés. Viszont egyértelmű.
A feszültség mindig két pont között van, ezért a feszültségmérőt az áramkör két pontjára kapcsoljuk. Ehhez nem kell, sőt nem is szabad megbontani az áramkört, és mert az volna a jó, ha a feszültségmérőn egyáltalán nem folyna áram, a feszültségmérő belső ellenállása ideális esetben végtelen volna. Ilyen eszközt sem lehet készíteni, de jó nagy belső ellenállásút lehet.
A kapcsolási rajzon a körben levő V betű azt jelöli, hogy az eszköz feszültségmérő szerkezet, hiszen a feszültség mértékegysége a volt. Itt is gyakran előfordul, hogy nyilat szúrnak át a körön.
Az áramerősséget mérő műszert ampermérőnek, a feszültséget mérőt voltmérőnek is hívják.
A rajzon levő ellenállás értékét úgy állapíthatjuk meg, hogy az egyik műszerrel mért feszültség értékét elosztjuk a másik műszerrel mért áramerősséggel.
Hogy ne kelljen számolgatnunk, ellenállást is képesek vagyunk mérőműszerrel mérni. Ez azonban nem annyira könnyű, mint amilyennek látszik. A legegyszerűbb az az eset, ha az ellenállás „önmagában” van. Ilyenkor például a műszer valamilyen feszültséget kapcsol az ellenállás két végére, és az átfolyó áram erősségét mutatja, amit az ohm-törvény alapján „átszámol” ellenállásra.
Napjainkban olcsó és jó minőségű digitális multimétereket használunk az alapvető elektromos paraméterek mérésére.
A rockzene és a diszkó világában a néhány ezer forintos cucc is megfelelő, és nagyon gyakran nélkülözhetetlen, ha bedöglött valami. A műszer kezelését azonban meg kell tanulni, mert mind a mért berendezésekben, mind magában a műszerben nagy kárt tehet a rosszul, analfabéta módjára végzett mérés. Rólad nem is beszélve.
Még egy ilyen újraélesztésért sem érdemes bevállalni, mert lehet, hogy a kép a túlvilágon készült:
Noha élő embert – ideértve önmagamat is – nem láttam még, aki az első használat előtt bárminek is elolvasta volna a leírását, kezelési utasítását, legyél te az első kivétel!
A mérés előtt először azt kell ellenőrizni, hogy a műszer működtetéséhez szükséges tápforrás – magyarul, az elem vagy akkumulátor – nem merült-e ki. Ha a műszer bekapcsolásakor semmit nem látsz a kijelzőn, akkor egyértelmű, hogy vagy a táp pusztult meg, vagy az egész cucc. Ha számok jelennek meg, akkor is ajánlatos egy próbamérést végezni valamilyen olyan szerkezeten, amelynek ismerjük a mérendő paraméter-értékét. Ha ez megfelelő, akkor nem kell tápforrást cserélni. Ha nem az, akkor még a mérőzsinórok is lehetnek rosszak, de ez nem valószínű. A vezetékek hibája azonnal kiderül tápforrás csere után. Ha ugyanis ismét rossz értéket mértél, a drót hibásodott meg.
A mérés során ügyelj arra, hogy semmi ne vonja el a figyelmedet! Diszkóban vagy rock-koncerten különösen nehéz koncentrálni, ezért az első mérési gyakorlatokat ne élesben végezd!
Kibámészkodtad magad? Folytathatjuk?
A multimétereken méréshatár kapcsolók is vannak. Mindig a legnagyobb méréshatárban kezdj mérni, és ha túl kicsi volna a kijelzett érték, akkor kapcsolj át a kisebb és még kisebb méréshatárba! Tehát ha például áramerősséget mérsz, és a méréshatárok 1 A, 200 mA, 20 mA, 2 mA, 200µA között választhatók, az 1A-esben kezdj mérni! A méréshatár ugyanis azt a maximális értéket jelenti, amit a műszer mérni tud. Ha pl. a mérni kívánt érték 1,5 mA, akkor a 200 µA-es állásban már nem tud mérni a műszer – túlcsordul –, sőt, régebben tönkre is mehetett. Hogy még ma se menjen esetlegesen tropára, azért kezdünk felülről méréshatárt váltani.
A feszültség és az áramerősség értékéből még egy igen fontos jellemzőt ki tudunk számítani, illetve, meg tudunk mérni. A villamosságot ugyanis munkavégzésre akarjuk használni. Az ember azért talál föl gépeket, hogy ne kelljen állandóan güriznie, sőt, ha normális társadalomban élnénk, a technikai fejlődés következtében a kötelező munkaidő folyamatosan csökkenne. Sokáig így is volt, csupán az utóbbi évtizedekben bolondult meg a világ.
A villamos berendezések által végzett munka a feszültség és a fogyasztón átáramló töltés szorzataként számolható ki. A feszültségről kiderült, hogy könnyen mérhető, az átáramló töltésmennyiséghez pedig elég az áramerősséget és a munkavégzés idejét mérni. A teljesítmény az 1 másodperc alatt végzett munka, az egységnyi idő alatt bekövetkező energiaváltozás.
A villamos teljesítmény képlete:
A jele P, mértékegysége a watt.
1 volt feszültség 1 amper áramerősség esetén 1 wattnyi teljesítményt ad a generátorból vagy 1 wattnyi fogyasztást jelent a terhelésen, fogyasztón.
Teljesítménymérő műszer minden lakásban van, sőt, ez a műszer nem is a teljesítményt, hanem az elektromos áram termelte energia felhasználást méri. Úgy hívjuk, hogy villanyóra. Veszedelmes műszer ez, mert minél többet mutat, annál többet kell fizetni. A felhasznált energiát kilowattórában méri, vagyis azt mutatja meg, hogy hány ezer wattnyi teljesítményre késztetted a gépeidet, miközben munkát végeztettél velük, ha egy órán át dolgoztattad volna őket. A kilowattóra – kWh – nem szabványos SI mértékegység, viszont nagyon elterjedt, és az SI közeljövőben várható felülvizsgálatakor valószínűleg szabványossá fog válni.
A modern villanyórák kijelzője már digitális, könnyen olvasható le, és sok mindent tud. Például szinte lehetetlen megbuherálni, megnehezítvén az áramtolvajok áldozatos munkáját.
Az elektromos készülékeket mindig meghatározott feszültségre és teljesítményre méretezik. Ezt nevezzük névleges feszültségnek, illetve névleges teljesítménynek. Ezeket az adatokat a fogyasztón fel is tüntetik. A tényleges teljesítmény csak akkor egyezik meg a névleges teljesítménnyel, ha a fogyasztót az előírt feszültségű áramforrásra kapcsolják. Valójában tehát a tényleges teljesítmény nem a fogyasztót, hanem az elektromos folyamatot jellemzi.
Végül megint játsszunk egy kicsit!
Ismét az előző részben szereplő építőkészlethez térünk vissza, s talán már mondanom se kell, hogy a játékhoz szükséges a Java alkalmazás telepítése és futtatása. A magyar nyelvű változatot kell elindítanod innen:
https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/circuit-construction-kit-dc
Állíts össze egy áramkört, amelyben 3 db elem, egy izzólámpa, kapcsoló és vezetékek vannak! A kapcsoló először legyen nyitva! Tegyél pipát a voltmérő és ampermérő kockába, és iktasd be helyesen mindkét műszert! Valami ilyet kell látnod:
A forrásfeszültséget természetesen mutatja a műszer. Ha negatív előjelet látnál, cseréld meg a két mérőzsinórt! Mivel áram most nem folyik, az ampermérő nulla értéket jelez.
Ezt követően zárd az áramkört! Az áram megindul, a töltéshordozók folyamatosan áramolnak, az ampermérő mutatja az áram erősségét, a lámpa fényt sugároz. A forrásfeszültség egy kicsit csökkent, mert feszültségforrásunk nem ideális.
Remélem, ismét fény gyúlt a te agyadban is.