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.
1

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.

2

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.

3

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.

4

Még egy ilyen újraélesztésért sem érdemes bevállalni, mert lehet, hogy a kép a túlvilágon készült:

5

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:

6

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.

7

A modern villanyórák kijelzője már digitális, könnyen olvasható le, és sok mindent tud. Például szinte lehetetlen megbuherálni, megnehezítvén az áramtolvajok áldozatos munkáját.

8

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:

9

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.

10

Remélem, ismét fény gyúlt a te agyadban is.