WIKI-VIGVÁRI

Az elektromos áramkörök számtalan dolog alapját képezik az egyszerű szobavilágítási kapcsolóktól kezdve az élelmiszer-feldolgozókon át a robotokig és számítógépekig. Alacsony elektromos feszültségekkel, pl. B. elemből az elektromos jelenségek és technikák egyértelműen bemutathatók, átélhetők és megérthetők:

• Hogyan működik a zseblámpa?
• Hogyan kapcsolhatom be és ki az elektromos motort?
• Hogyan változtathatom meg a motor forgásirányát?
• Hogyan vezérelhetek egy lámpát több helyről, például egy lépcsőházi világítást?
• Hogyan működnek az egyszerű elektromos vezérlők?

Az elektromosság a fizika azon ága, amely az elektromos töltéssel és annak alkalmazásával foglalkozik:

• Az áramforrás , például az akkumulátor, elektromos töltést és energiát tárol. Az elektromos töltések „pozitív” és „negatív” formában jelentkeznek. Az újratölthető akkumulátorral – akkumulátorral – az energia a töltés során érkezik. • Fogyasztó az az eszköz, amelynek az áramot kellene használnia: Egy lámpa kigyullad, a motor forog és tud dolgozni. • Áramkör jön létre, amikor az elektromos töltés két pólus között van

• egy pozitív pólus és egy negatív pólus - áramlások . Az elektromos töltés így az áramforrásból a fogyasztóhoz és vissza áramlik. Az energia a villamos energiával együtt áramlik, és a fogyasztó meghatározott célra használja fel. Ezért az akkumulátor vagy az újratölthető akkumulátor előbb-utóbb lemerül.

• Áram folyik az elektromos vezetékekben , pl. egy fémdarab kábel formájában. • Elektromos kapcsolók az elektromos áram áramlásának szabályozására szolgálnak. Lehetővé teszik vagy megszakítják az elektromos áram áramlását. Ezzel ki-be kapcsolhatunk egy zseblámpát vagy egy motort.

Az elektromos áram nagyon gyorsan képes energiát szállítani nagy távolságokra, és sokféle célra felhasználható. Ez sokoldalúbbá és használhatóbbá teszi, mint szinte bármi más ezen a világon.

Több tízezer évvel ezelőtt az emberek anélkül, hogy ennek tudatában lettek volna, egy nagyon lenyűgöző elektromos jelenséget figyelhettek meg: a villámlást zivatar idején. Itt sok elektromos töltés sok energiával áramlik a másodperc töredéke alatt a viharfelhőkből a földre. A hatás olyan erős, hogy a fák szó szerint “felrobbanthatók”, mert a villámcsapáskor felszabaduló energia elegendő ahhoz, hogy a fában tárolt vizet azonnal felforralja, amitől a fa szétreped.

Mindenkinek volt már ártalmatlan tapasztalata az elektromossággal kapcsolatban, amikor műanyag fésűvel fésülködik, és azt tapasztalja, hogy az aztán „feláll” a haja. A fésű súrlódása miatt elektromosan feltöltődtek. Ilyen hatásokat már Kr.e. 600 körül ismertek. borostyánnal való súrlódásban figyelték meg.

Az „akkumulátor” első előfutára már a Krisztus előtti múlt században volt. Chr.: Egy vasat és egy rézrudat mártottak egy elektrolitba, ahogy ma mondanák. Akkoriban csak a szőlőlé volt az elektrolit, amit használtak!

Csak az elmúlt 400 évben tanulmányozták szisztematikusabban az elektromosságot. A 19. század elején fedezték fel az áramló elektromos áram és a mágnesesség kölcsönhatását - ez a későbbi villanymotorok alapja. Michael Faraday brit fizikus matematikai képletekben foglalta össze az elektromosság természeti törvényeit. Ez lehetővé tette az elektromos jelenségek kvantitatív kiszámítását.

Azóta a tudásszerzés és a gyakorlati alkalmazás egyre gyorsabb ütemben halad előre. Gondoljunk csak a villanykörtékre, az első távíróra, az első rádióadásra, rádióra, telefonra, televízióra, elektromos meghajtású vonatokra és egyéb járművekre, a zsebszámológépre – a távközlési műholdakra, okostelefonokra, mikrokontrollerekre és a nagy adatközpontokra.

A következő alkatrészek szolgálnak bevezetőül a fischertechnik elektromosságába és elektromechanikájába:

• Az akkumulátortartó egy 9 V-os blokkelemet vagy egy megfelelő újratölthető akkumulátort tartalmaz. Be/ki/polaritásváltó kapcsolóval rendelkezik.
• Egy fénykibocsátó dióda (LED) lámpaként szolgál.
• Erőteljes, kicsi és csendes villanymotor a modellek meghajtására. Mivel egyenáramú motorról van szó, forgásiránya a polaritás felcserélésével (a csatlakozások felcserélésével) változtatható.
• A fischertechnik gomb egy önvisszaállító kapcsoló, amely egy „központi” érintkezőt „nyugalmi” érintkezőről „munka” érintkezőre kapcsol egy gombnyomással. Nemcsak a fogyasztók be- és kikapcsolására használható, hanem kifinomult vezérlések beállítására is alkalmas elektromos áramkörök segítségével.
• Dugós kábelek biztosítják az elektromos csatlakozást az alkatrészek között.

Mindez természetesen tökéletesen illeszkedik a fischertechnik rendszerbe, így nem csak az elektrotechnika alapvető funkciói jelennek meg, hanem robusztus és valósághű gépek funkcionális modelljei is készülhetnek.

Óraterveink az elektromos áramkörökhöz kapcsolódó különböző altémákra vannak bontva. Így konkrétan az igényekre tud reagálni, és pontosan azokat a témákat oktathatja, amelyeket célszerűnek tart, vagy amelyek adottak az Ön számára. A fischertechnik Class Set elektromos vezérléssel minden elérhető óraterv teljesíthető.

Az alábbiakban a különböző tantárgyak óratervei találhatók. A feladatok elvégzésére körülbelül 45 perc vagy egy tanítási óra áll rendelkezésre.

Egyszerű áramkör polaritásváltó kapcsolóval és LED-del. Lámpát gyújtunk!

• A tápegységek két pólusúak.
• Áram folyhat, ha egy áramkör zárva van.
• Az áramló elektromosság meggyújthatja a lámpát.
• Fénykibocsátó dióda esetén fontos a helyes polaritás.

1. kísérlet – Meggyújtunk egy lámpát tervezési feladat Építsd meg egy egyszerű elektromos áramkör modelljét pólusváltó kapcsolóval az összeszerelési útmutató szerint!

Tematikus feladat Az elektromos áramkörök ábrázolása úgynevezett kapcsolási rajzok segítségével történik. Az alábbi kapcsolási rajz egy lámpa általános kapcsolási jelét tartalmazza.

Lámpaként azonban valójában fénykibocsátó diódát (“LED-et”, mert angolul Light Emitting Diode-nak hívnak) használunk. A LED-nek van egy speciális áramköri szimbóluma a kapcsolási rajzon:

Fontos: A két kábellel mindent ki lehet próbálni, de soha ne kössük közvetlenül egymáshoz az elemtartó két csatlakozóját, még a lámpamodulon keresztül sem. Ezt rövidzárlatnak nevezik. Az elemtartónk ugyan beépített védelemmel is rendelkezik, de nem szabad “rövidre zárni” az áramforrást, mert az károsíthatja. A kábelek is akár felforrósodhatnak és kisüléshez vezethet.

Az elemtartónk beépített tolókapcsolóval rendelkezik, amelyet most alaposan tesztelünk. Próbáld ki a következőket:

1. Csatlakoztassa az elemtartó egyik kábelét a LED-modul “+” (más néven pozitív pólusához), a másik kábelt pedig a “-” negatív pólushoz. Csúsztassa az elemtartó kapcsolóját teljesen balra vagy jobbra. A lámpánk a két kapcsolóállás egyikében világít.
2. Most húzza ki a dugót. Ez megszakítja az áramkört. Az áram nem tud továbbfolyni az akkumulátorból a lámpába és vissza. Szóval mi történik?
3. Hagyja újra világítani a lámpát. Cserélje ki a két dugót a lámpán. mit figyelhet meg Mi történik, ha a kapcsolót a másik oldalra csúsztatja?
4. Ismételje meg a kísérletet az elemtartó csatlakozóinak felcserélésével. Mi történik?

Egyenáramú motort működtetünk, és változtatjuk a forgásirányát

• Az egyenáramú motor akkor forog, ha (kellően erős) áram folyik rajta.
• A motor forgásirányát a polaritás megfordításával tudjuk megváltoztatni.

2. kísérlet - Egy motort forgatunk tervezési feladat Az egyenáramú motormodellt forgásirány-változtatással, kezdetben rácsúszó hajtómű nélkül, az összeszerelési útmutató szerint készítse el. Így szabadon láthatjuk a motor csigáját.

Tematikus feladat Csatlakoztassa a motort az akkumulátortartóhoz:

Kísérleti feladat

1. Kapcsolja be a kapcsolót. Mi történik?
2. Próbálja meg az ujjaival fékezni a motor ezüstcsigáját. Érezze, milyen erős a motor.
3. Csúsztassa az elemtartó kapcsolóját a másik irányba. A motor még jár. mit figyelhet meg?
4. Most csatlakoztassa a motort a csúszó fogaskerékhez. A piros zászlós reteszelő adaptert elhagyjuk. Győződjön meg arról, hogy a kis fogaskerék szépen “beleakad” a csigába, hogy elkerülje a motor beszorulását. A felül található dugaszolható fogaskeréknek is szilárdan be kell kapcsolódnia.

Most hagyja forogni a motort. Próbálja újra (most az utolsó fekete tengelyen), hogy ujjaival fékezze le a motort. Mit figyelhetsz meg?

1. Most rögzítse a fennmaradó részeket a piros zászlóval. Így nagyon jól láthatja, mi történik, ha a tolókapcsolót a másik irányba állítja. Mi történik, ha kicseréli helyette az akkumulátortartó vagy a motor csatlakozóit?
2. Hasonlítsa össze a piros “zászló” forgási sebességét a motor 1. és 2. pontban megfigyelt fordulatszámával! Mit veszel észre?

Ebben a kísérletben egy LED be- és kikapcsolására használjuk.

• A gomb lehetővé teszi az áram áramlását vagy megszakíthatja az áramot.
• Csatlakoztatható „nyitó” vagy „záróként”.

3.1. kísérlet – Be- és kikapcsolás gombbal tervezési feladat Építse meg a be- és kikapcsoló modellt az összeszerelési útmutató alapján.

Tematikus feladat A fischertechnik gomb így néz ki:

• Az itt látható oldalon a kapcsolási rajz látható nyugalmi állapotban. Ez az az állapot, amikor a gomb nincs megnyomva. A középső csatlakozó (a központi érintkező) az alsó csatlakozóhoz (az alaphelyzetben zárt érintkezőhöz) csatlakozik.
• A gomb megnyomása után a gomb átkapcsol: A központi központi érintkező ekkor már nem az alaphelyzetben zárt érintkezőhöz, hanem a felső csatlakozóhoz, az alaphelyzetben nyitott érintkezőhöz kapcsolódik.
• Az alaphelyzetben zárt és az alaphelyzetben nyitott érintkezők soha nem kapcsolódnak egymáshoz közvetlenül a gombbal, hanem e két érintkező közül csak az egyik a központi érintkezőhöz, attól függően, hogy „nyomva” vagy „nem nyomva” van-e.

Ily módon a központi érintkező felváltva csatlakoztatható az alaphelyzetben zárt érintkezőhöz vagy az alaphelyzetben nyitott érintkezőhöz (a gomb megnyomásakor). Ezt vizsgáljuk a következő kísérletekben. A következő gyakorlatlapok bemutatják, hogyan építhetsz izgalmas, kifinomult és rendkívül hasznos kiegészítő áramköröket több gombbal.

Kísérleti feladat

1. Szerelje be a gombot a LED egyik vezetékébe úgy, hogy a központi és a munkaérintkezők az áramkörben legyenek. A kapcsolási rajzon így néz ki:

Figyelje meg, mikor világít a lámpa és mikor nem.

1. Helyezze be a gombot az elemtartó és a LED közötti másik vonalba:

Hogyan viselkednek most a LED-ek és a gombok?

1. Eddig a gombot normál nyitott érintkezőként használtuk (központi és munkaérintkezővel). Az érintkező zárva van (áram folyhat) a gomb megnyomásakor. Most kapcsolja át a dugót működőről normál zárt érintkezőre:

Hogyan viselkednek most a LED-ek és a gombok?

A gombok soros csatlakoztatása

• Két sorba kapcsolt gomb lehetővé teszi a fogyasztó (LED vagy motor) bekapcsolását, ha mindkét gombot megnyomja.
• Különböző kezelőszervek a gombok nyitóként vagy zárként való kombinálásával.

4.1. kísérlet – a gombok soros csatlakoztatása

Tervezési feladat Készítse el a gombok soros csatlakoztatásának modelljét az összeszerelési útmutató szerint.

1. Először használja mindkét gomb központi és működő érintkezőit:

Pontosan mikor világít a LED, mikor nem?

1. Most használja a megszakító érintkezőt az érintkező létrehozása helyett egy gombhoz:

Hogyan viselkedik most az áramkör?

1. Most mindkét gombhoz használja a normál zárt érintkezőt:

Mit csinál most az áramkörünk?

1. Mi változik, ha a 2. gombot áthelyezzük az elemtartó és a LED közötti másik sorba?

A gombok párhuzamos kapcsolása

• Fogyasztó bekapcsolása két helyről
• A lámpa kigyullad, ha a két gomb egyikét vagy mindkettőt egyszerre megnyomja.

5.1. kísérlet – Nyomógombok párhuzamos kapcsolása

Tervezési feladat Építse meg a gombok párhuzamos kapcsolásának modelljét az összeszerelési útmutató szerint!

Tematikus feladat:

1. Csatlakoztassa az elemtartó egyik pólusát a két gomb mindkét központi érintkezőjéhez.
2. Csatlakoztassa a gomb mindkét munkaérintkezőjét a LED-hez.
3. Csatlakoztassa a LED másik pólusát az elemtartó második pólusához.

A kapcsolási rajz így néz ki:

Állítsa be az akkumulátordoboz kapcsolóját úgy, hogy a LED világítson, amikor megnyomja valamelyik gombot.

kísérleti feladat:

1. „JÁTÉK” mindkét gombbal. Pontosan mikor világít a LED, mikor marad sötét? hogy-hogy
2. Mi változik, ha például az 1. gomb alaphelyzetben zárt érintkezőjét használja a normál nyitott érintkező helyett?

1. Mi változik, ha mindkét gomb normál zárt érintkezőjét használjuk?

váltóáramkör

• Nyomógomb alaphelyzetben nyitott és zárt érintkezőjének használata egyaránt
• Két nyomógombból álló kétirányú áramkör felépítése

6.1. kísérlet - váltakozó áramkör

tervezési feladat Építse meg a váltakozó áramkör modelljét az összeszerelési útmutató szerint!

Tematikus feladat: Ehhez a kísérlethez összesen 5 kábelre van szükségünk. Ügyeljen az áramkör helyes beállítására:

1. Az elemtartó egyik pólusától egy vonal halad az 1. gomb központi érintkezőjéig.
2. Csatlakoztassa a gombok két munkaérintkezőjét egymással.
3. Csatlakoztassa a gombok két megszakítóérintkezőjét.
4. A második gomb központi érintkezője a LED-hez megy.
5. Végül a LED másik kivezetése csatlakozik az elemtartó második kimenetéhez.

A kapcsolási rajz azt mutatja, hogy mindkét gomb átengedi az áramot a LED-hez. Állítsa be az elemtartó kapcsolót úgy, hogy a LED világítson.

kísérleti feladat:

1. Most kezd izgalmas lenni! Játssz a gombokkal. Mikor világít a LED és mikor nem?
2. Képzelje el, hogy a LED egy szobai lámpa, és a helyiségnek két ajtaja van. Minden ajtóhoz rögzíti az egyik gombot (így megfelelően hosszú sorokat használ). Mit lehet elérni egy ilyen áramkörrel?
3. Cserélje fel a gombokon lévő két kábelt úgy, hogy az egyik érintkező egy megszakítóérintkezőhöz csatlakozzon:

Mikor világít most a LED?

- De min kellene még változtatni, hogy valóban használható legyen a szobavilágítás? Ne feledje, hogy nem mindig akar megállni az ajtó előtt, hogy megnyomjon egy gombot.

rövidzárlati fék

• A tápegység (akkumulátor) rövidre zárásával ellentétben a fogyasztó (motor) rövidre zárása megengedett és hasznos.

7.1. kísérlet - zárlati fék

tervezési feladat

• Építse meg a zárlati fék modellt az összeszerelési utasítások szerint. Rögzítse a piros zászlót is a motorra, hogy könnyen megfigyelhesse a forgását. A bekötésnél ügyeljen arra, hogy a gomb központi érintkezője a motorhoz csatlakozzon, és ne az akkumulátortartóhoz.

kísérleti feladat

1. Először állítsa be a 2. kísérletben beállított áramkört a motor be- és kikapcsolására. Csak az érintkezőt használja, és hagyja szabadon a gomb megszakító érintkezőjét:

Ügyeljen arra, hogy a középső érintkező a motorhoz, az alapérintkező pedig az akkumulátorhoz legyen! Később szükségünk lesz rá. Kapcsolja be és ki a motort a gombbal. Ügyeljen arra, hogy a motor a leállítás után egy ideig “bekapcsoljon”. Szerinted miért?

1. Most helyezzen el egy másik kábelt, amelyben a többi érintkezőt csatlakoztatja az akkumulátordoboz vagy a motor “másik” pólusához:

Ha most elengedjük a gombot, akkor az áram nem tud úgy folyni az akkumulátorból, mint korábban, mert az akkumulátor egyik (a kapcsolási rajzon) pólusa nincs máshoz kötve. De most ismételje meg a motor be- és kikapcsolását. Most meddig jár a motor, ha leállítod?

Bal-jobb-ki két gombbal

• Két gomb használata az egyenáramú motor vezérlésére (balra/jobbra/ki).
• Az elektromos áramkörök megértése.

8.1. kísérlet – bal-jobb-ki két gombbal

tervezési feladat Építse meg a bal-jobb-ki modellt két gombbal az összeszerelési útmutató szerint.

Tematikus feladat A motor be- és kikapcsolására szolgáló áramkört már megismertük, beleértve a rövidzárlati féket is:

Valójában ebben az áramkörben a gomb átkapcsolja a motor egyik kivezetését a tápegység két pólusa között. Ezt kiegészítjük egy második gombbal, amit ugyanúgy átkapcsolunk a motor másik csatlakozására:

Így emlékezhet az áramkörre:

• A két gomb központi érintkezői a motoron lévő csatlakozóhoz csatlakoznak.
• Mindkét alaphelyzetben zárt érintkező a tápegység ugyanarra a pólusára van kötve (az akkumulátortartónk).
• Mindkét munkaérintkező a tápegység másik pólusára csatlakozik.

Építsd fel ezt az áramkört. Minden, ami a kapcsolási rajzon pirossal van ábrázolva, össze van kötve egymással. Tehát nem számít, ha

• vezesse be a kábelt mind a két megszakítóérintkezőtől a tápegységig (úgy, hogy ott „találkozzon”), vagy
• csatlakoztassa a két megszakítóérintkezőt egy kábellel, és onnan menjen az akkumulátorhoz egy másik kábellel.

Ugyanez vonatkozik a munkaérintkezőkre és a kapcsolási rajzon kékkel rajzolt vonalakra. A lényeg a következő: Ezzel az áramkörrel a motor mindkét kivezetését csatlakoztathatja a tápegység “+” vagy “ ” jeléhez, attól függően, hogy hogyan nyomja meg vagy engedi el a gombokat. Vizsgáljuk meg ezt részletesebben!

kísérleti feladat

1. Ha mindkét gombot elengedi, a motor nem fog forogni, mert a motor mindkét kivezetése rövidre van zárva (és csak a tápegység egyik pólusához csatlakozik). Ez a kapcsoló helyzete a fenti kapcsolási rajzon.
2. Nyomja meg például az 1-es gombot. Ez a helyzet:

A két szürke szaggatott vonal itt nem fontos, mert ezek a kapcsolatok nem kapcsolódnak egymáshoz. De most a motor jobb csatlakozását (a kapcsolási rajzon) a “+”-hoz, a másik csatlakozást pedig a “-”-hoz csatlakoztattuk. Tehát a motor egy bizonyos irányba forog!

Engedje el az 1-es gombot, majd nyomja meg helyette a 2-es gombot:

• Most a motor pontosan ellenkező módon csatlakozik az akkumulátortartó pólusaihoz. A motor ezért az 1-es gomb megnyomásakor az ellenkező irányba forog.
• Rajzoljon kapcsolási rajzot arra az esetre, amikor mindkét gombot egyszerre nyomják meg. Gondolja át és írja le, mit csinál ebben az esetben a motor, és miért.
• Gondolja át, mely modellek vezérelhetők ezzel az áramkörrel.

Pólusváltó kapcsoló két csatlakoztatott gombbal

• A bal/jobb/kikapcsolás elmélyítése a 8. kísérletből.
• A „polaritásváltó gomb” funkciója és felépítése.

9.1. kísérlet – Pólusfordító kapcsoló két csatlakoztatott gombbal

tervezési feladat

Építse újra a modellt a 8. kísérletből. Ezért kezdetben mindkét gombot külön kell rögzíteni.

Tematikus feladat

Felidézzük a 8. kísérlet áramkörét, amely lehetővé teszi, hogy a motort olyan elegánsan balra/jobbra irányítsuk:

Most cserélje ki a kábeleket a gyártó és a megszakító érintkezők között a két gomb egyikére (itt a 2. gombnál látható):

kísérleti feladat

1. Hogyan viselkedik most az áramkör? Mikor jár a motor és milyen irányba?
2. A fischertechnik gombon nyomja le teljesen a piros gombot a gombon keresztül. Ezért két gombot közvetlenül csatlakoztathat egymáshoz, és egyszerre nyomja meg egyetlen gombbal. Építse meg a polaritásváltó kapcsoló modelljét két csatlakoztatott gombbal a 9. kísérlethez az összeszerelési utasítások szerint.

Mit érsz el az áramkörrel ebben a beállításban?