01 Wykonywanie badań i pomiarów obwodów prądu stałego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Artur Bielawski

Joanna Mrówka

Wykonywanie badań i pomiarów obwodów prądu stałego
725[02].O1.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Anna Górska
mgr inż. Beata Miętus

Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Joanna Mrówka

Konsultacja: mgr inż. Andrzej Zych

Korekta:

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 725[02].O1.01
„Wykonywanie badań i pomiarów obwodów prądu stałego” zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu monter sieci i urządzeń telekomunikacyjnych.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawowe wielkości i jednostki elektryczne

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Źródła prądu i napięcia stałego

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Układy regulacji napięcia i prądu

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Bilans moc

w obwodach prądu stałego

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Oddziaływanie prądu na organizm ludzki

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoże Ci w przyswajaniu wiedzy o obwodach prądu stałego, ich

właściwościach oraz w kształtowaniu umiejętności rozpoznawaniu materiałów elektrycznych.

Poradnik zawiera:

−

wykaz literatury, z jakiej możesz korzystać podczas nauki,

−

wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć przed przystąpieniem do nauki w wybranym
przez Ciebie zawodzie,

−

wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z tym poradnikiem,

−

materiał nauczania- czyli wiadomości dotyczące obwodów prądu stałego,

−

zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści o obwodach
prądu stałego,

−

ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian postępów

−

sprawdzian osiągnięć.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące podstawowych

wielkości i jednostek elektrycznych, źródła prądu i napięcia, regulacji napięcia i prądu
stałego, bilansu mocy i oddziaływania prądu na organizm ludzki.

Z rozdziałem „Pytania sprawdzające” możesz zapoznać się:

−

przed przystąpieniem do rozdziału „Materiał nauczania” (poznasz przy okazji wymagania
wynikające z potrzeb zawodu), a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając na te
pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonania ćwiczenia,

−

po zapoznaniu się z rozdziałem „Materiał nauczania”, aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonania ćwiczenia.

Kolejnym etapem poznawania obwodów prądu stałego będzie wykonanie ćwiczeń,

których celem jest uzupełnienie i utrwalenie informacji o poznanych zagadnieniach.

Wykonując ćwiczenia przedstawione w poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela,

poznasz podstawowe prawa elektrotechniki, materiały elektryczne, łączenia elementów.

Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując test „Sprawdzian

postępów”, zamieszczony po ćwiczeniach. W tym celu:

−

przeczytaj uważnie pytania,

−

podaj odpowiedź wstawiając X w odpowiednie miejsce ( w miejscu TAK jeżeli Twoja
odpowiedz jest pozytywna, w miejscu NIE jeżeli odpowiedz na pytanie jest negatywna).

Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy, informują Cię również, jakiego
materiału dobrze nie poznałeś. Oznacza to powrót do treści, które nie są dostatecznie
opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło dla

nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości
i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel posłuży się „Zestawem zadań
testowych” z różnego rodzaju zadaniami. „Zestaw zadań testowych” zamieszczony jest
w rozdziale 5, obejmującym także:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach wpisz odpowiedzi
na pytania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym
przez nauczyciela.

„Bezpieczeństwo i higiena pracy”

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp i higieny

pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac.
Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

interpretować podstawowe prawa dotyczące pola elektrycznego,

–

korzystać z różnych źródeł informacji,

–

efektywnie współdziałać w zespole i pracować w grupie,

–

uczestniczyć w dyskusji, prezentacji,

–

stosować prawa i zależności matematyczne opisujące współzależności między
wielkościami fizycznymi,

–

stosować różne metody i środki (symbole, rysunki, zdjęcia itp.) w porozumiewaniu się na
temat zagadnień technicznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

sklasyfikować materiały ze względu na własności elektryczne,

–

rozróżnić podstawowe wielkości elektryczne,

–

zastosować podstawowe jednostki wielkości elektrycznych w układzie SI,

–

zinterpretować przedrostki przed nazwami jednostek,

–

przeliczyć jednostki,

–

zastosować podstawowe prawa elektrotechniki,

–

zinterpretować podstawowe zjawiska z zakresu elektrotechniki występujące w obwodach
prądu stałego,

–

rozróżnić typy oporników,

–

rozpoznać na podstawie wyglądu oraz symbolu różne typy oporników,

–

określić wpływ zmiany parametrów konstrukcyjnych opornika i temperatury na jego
rezystancję,

–

obliczyć rezystancję zastępczą oporników połączonych równolegle, szeregowo i w sposób
mieszany,

–

rozpoznać symbole źródeł napięcia i prądu stałego,

–

obliczyć parametry źródeł napięcia połączonych szeregowo i równolegle,

–

dokonać analizy prostych układów prądu stałego,

–

obliczyć i oszacować podstawowe wielkości elektryczne w układach prądu stałego,

–

ocenić wpływ zmian rezystancji na napięcie, prąd, moc,

–

określić warunki dopasowania odbiornika do źródła,

–

obsłużyć woltomierz, amperomierz prądu stałego oraz omomierz,

–

obsłużyć miernik uniwersalny,

–

dobrać metodę pomiaru,

–

dobrać przyrządy pomiarowe do pomiarów w układach prądu stałego,

–

narysować prosty układ pomiarowy,

–

zaplanować pomiary w obwodach prądu stałego,

–

zorganizować stanowisko pomiarowe,

–

połączyć układy prądu stałego zgodnie ze schematem,

–

dokonać pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych w układach prądu stałego,

–

dokonać regulacji napięcia i prądu,

–

przeanalizować i zinterpretować wyniki pomiarów w układach prądu stałego oraz
wyciągać wnioski praktyczne,

–

przedstawić wyniki w formie tabeli i wykresu,

–

odczytać informację z tabeli lub wykresu,

–

ocenić dokładność pomiarów,

–

zademonstrować efekty wykonywanych pomiarów,

–

przewidzieć zagrożenia dla życia i zdrowia w czasie realizacji ćwiczeń,

–

udzielić pierwszej pomocy w przypadkach porażenia prądem elektrycznym,

–

zastosować procedurę postępowania w sytuacji zagrożenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawowe wielkości i jednostki elektryczne

4.1.1. Materiał nauczania

Elektrotechnika jest nauką obejmującą obszerny krąg zjawisk elektrycznych

i elektromagnetycznych wraz z ich zastosowaniem w życiu codziennym i we wszystkich
gałęziach techniki. Elektrotechnika jest we wszystkich dziedzinach życia gospodarczego
społeczeństw i w życiu prywatnym człowieka. W otaczającym nas świecie spotykamy się
z ciałami fizycznymi i obserwujemy różne zjawiska fizyczne. Opisujemy je za pomocą
wielkości fizycznych.

Wielkością fizyczną nazywamy to wszystko, co możemy zmierzyć, a więc dowolną

cechę ciała fizycznego lub zjawiska fizycznego.
Wielkości fizyczne dzielimy na: wielkości podstawowe i wielkości pochodne.

Aby zmierzyć jakąkolwiek wielkość fizyczną, musimy znać jednostkę miary tej

wielkości.
Każdą wielkość opisujemy podając jej wartość liczbową i jednostkę. Jednostki miar dzielimy
na jednostki podstawowe i jednostki pochodne. Metr, kilogram i sekunda są kolejno
jednostkami podstawowymi. Jednostka prędkości – metr na sekundę – jest jednostką
pochodną. Dowolną wielkość opisujemy podając jej wartość liczbową i jednostkę; mówimy
np.: długość izby szkolnej jest równa osiem i pół metra. Wartość liczbowa informuje nas, ile
razy mierzona wielkość jest większa od jednostki miary tej wielkości. Jednostki miar są
zapisane w układzie SI, który ma na celu stosowania takich samych jednostek miary na całym
świecie.

Tabela 1. Jednostki miar układu SI.

Jednostka miary

Wielkość

Nazwa

Oznaczenie

Temperatura kelwin

Długość

metr

Masa

kilogram

Czas

sekunda

Prąd
elektryczny

amper

Jednostki układu SI są dla niektórych celów za duże lub za małe. Dlatego używamy

jednostek krotnych ( wielokrotnych lub podwielokrotnych) w stosunku do jednostek układu
SI. Aby otrzymać jednostkę krotną, wprowadzamy do jednostki układu SI mnożnik w postaci
liczby 10 w odpowiedniej potędze całkowitej, dodatniej lub ujemnej. Mnożniki zapasujemy
za pomocą przedrostków literowych przed oznaczeniem jednostek układu SI.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 2. Przedrostki i odpowiadające im mnożniki

Nazwa

przedrostka

Oznaczenie

Mnożnik

tera

= 1 000 000 000 000

giga

= 1 000 000 000

mega

= 1 000 000

kilo

= 1 000

hekto

= 100

deka

= 10

decy

-1

= 0.1

centy

-2

= 0.01

mili

-3

= 0.001

mikro

-6

= 0.000 001

nano

-9

= 0.000 000 001

piko

-12

= 0.000 000 000 001

Budowa materii

Ciała, z których zbudowane są między innymi wszelkie otaczające nas przedmioty

stanowią tzw. materię. Materia występuje najczęściej w postaci atomów lub cząsteczek.
Cząsteczka jest to najmniejsza część danej substancji, zdolna do samodzielnego istnienia
i zachowująca cechy danej substancji. Cząsteczki składają się, co najmniej z dwóch atomów.
Każdy atom zbudowany jest cząstek elementarnych: elektronów, protonów i neutronów.
Elektrony i protony odznaczają się własnościami elektrycznymi, mają one ładunki
elektryczne. Wszystkie elektrony mają jednakowy ładunek elektryczny, również wszystkie
protony mają jednakowy ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny protonu i ładunek
elektryczny elektronu wzajemnie się zobojętniają. Ładunki elektronu mają znak minus (-) zaś
ładunek protonu znak plus (+). W atomie wartość dodatnich ładunków i wartości ujemnych
ładunków wszystkich otaczających je elektronów są sobie równe i dlatego atom w stanie
normalnym jest elektrycznie obojętny. Jeżeli atom pozbawimy, jednego elektronu, to nie
będzie on już elektrycznie obojętny, gdyż przeważa w nim dodatki ładunek jądra. Jeżeli
natomiast w obrębie atomu znajdzie się przynajmniej jeden nadliczbowy elektron, to będzie
w nim przeważał ładunek ujemny. Taki atom nazywamy jonem. Jonem jest atom lub
cząsteczka przejawiająca ładunek elektryczny, a więc mająca nadmiar lub niedobór
elektronów [3].

Własności elektryczne materii

Materiały elektryczne dzielimy na: przewodniki, nieprzewodniki, czyli dielektryki

i półprzewodniki.

Przewodniki są to ciała przewodzące prąd elektryczny, w których odbywa się swobodny

ruch cząstek naładowanych elektrycznie (elektronów lub jonów).

Dielektryki są to ciała nie zawierające elektronów swobodnych (elektrony swobodne –

elektrony oderwane od atomu) a więc nie mogące przewodzić prądu elektrycznego.
Dielektryki zwykle są pochodzenia mineralnego, np.: mika, szkło, porcelana lub
organicznego, np.: żywica, włókno. Dielektrykami są również ciała płynne nie zwierające
jonów, np.: olej transformatorowy oraz gazy, np.: powietrze, wodór, dwutlenek węgla.

Półprzewodniki są to materiały nie posiadające elektronów swobodnych, choć

w pewnych warunkach w materiale półprzewodnikowym ładunek elektryczny może być
przenoszony. Własnością materiałów półprzewodnikowych jest duża zależność ich własności

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

elektrycznych od różnych czynników, jak np.: temperatury, obecności domieszek
chemicznych, rodzaju obróbki cieplnej, oświetlenia.

Prawo Coulomba

Ładunki elektryczne oddziałują na siebie, przejawia się to we wzajemnym przyciąganiu

lub odpychaniu ładunków z pewną siłą F, która jest wielkością wektorową, a więc ma
odpowiednią wartość, kierunek i zwrot.
Jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb[C]. Kulomb jest ładunkiem elektrycznym
przenoszonym w ciągu jednej sekundy przez prąd o wartości jednego ampera.

Rys. 1. Kierunki i zwroty działania sił między ładunkami elektrycznymi.

W końcu XVIII wieku uczony francuski K. A. Coulomb wykonał szereg doświadczeń

nad wzajemnym oddziaływaniem na siebie ładunków elektrycznych. Tym samym odkrył
prawo fizyczne, zwane powszechnie prawem Coulomba.

Dwa naelektryzowane ciała o wymiarach tak małych, że ich ładunki można uważać za

punktowe, działają na siebie siła proporcjonalną do iloczynu ładunków, a odwrotnie
proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.

⋅

gdzie:

F – siła[N],

, q

– ładunki elektryczne[C],

r – odległość między ładunkami[m],

πε

- współczynnik proporcjonalności.

Siła F zależy od właściwości

ε otaczającego środowiska zwanej bezwzględną

przenikalnością dielektryczną, jest to iloczyn przenikalności dielektrycznej próżni
i przenikalności względnej, wyrażany wzorem:

gdzie:

ε –przenikalność dielektryczna próżni,

ε –przenikalność dielektryczna względna danego środowiska, zależy od

właściwości izolacyjnych środowiska.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Biorąc pod uwagę przenikalność prawo Coulomba

wyrażamy wzorem:

πε

⋅

Siła F działa wzdłuż prostej łączącej oba ładunki w kierunku:

−

odpychania, gdy ładunki są jednoimienne,

−

przyciągania, gdy ładunki są różnoimienne.

Pole elektryczne. Natężenie pola

Każdy ładunek wytwarza w otaczającej go przestrzeni pole elektryczne.

Polem elektrycznym nazywamy przestrzeń, w której działają siły elektryczne. Pole
elektryczne przedstawiamy graficznie za pomocą linii sił pola elektrycznego.

Rys. 2. Kierunek linii sił pól elektrycznych, a- ciała naładowanego ładunkiem dodatnim, b- ciała naładowanego

ładunkiem ujemnym, c- dwóch ciał naładowanych jednoimienne, d- dwóch ciał naładowanych

różnoimiennie.

Siłę, z jaką pole elektryczne działa w danym punkcie na jednostkę dodatniego ładunku

elektrycznego, nazywamy natężeniem pola elektrycznego, które jest równe stosunkowi siły
działającej na mały, próbny dodatki ładunek elektryczny, umieszczony w danym punkcie
pola, do tego ładunku. Natężenie pola elektrycznego oznaczamy literą E, za jednostkę można
by uważać niuton na metr, w praktyce używamy wolt na metr [V/m].

gdzie:

F - siła działająca na ładunek elektryczny[N],
q - ładunek elektryczny[C].

Kierunek natężenia pola elektrycznego jest zgodny z kierunkiem siły działającej na

ładunek dodatki q, na ładunek ujemny działają siły skierowane przeciwnie.

Potencjał, napięcie i prąd elektryczny

Jednostką potencjału i napięcia elektrycznego jest wolt. Wolt jest różnicą potencjałów

między dwoma punktami przewodu liniowego, w którym płynie nie zmieniający się w czasie
prąd o wartości jednego ampera, gdy moc pobrana między tymi punktami jest równa jednemu
watowi.

Potencjał elektryczny jest to wielkość fizyczna określająca stopień naelektryzowania

ciała. Oznaczamy literą V i mierzymy w woltach [V].

Napięcie elektryczne między dwoma dowolnymi punktami A i B w polu elektrycznym

jest różnicą potencjałów tych punktów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

gdzie:

V ,

- potencjał elektryczny [V],

−

- napięcie między dwoma punktami [V].

Jednostką prądu elektrycznego jest amper [A]. Amper jest wartością prądu elektrycznego

nie zmieniającego się, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych, nieskończenie
długich przewodach, o przekroju okrągłym znikomo małym, umieszczonych w próżni
w odległości 1 metra jeden od drugiego- wywołałby między tymi przewodami siłę

−

⋅

na każdy metr długości.

Prądem elektrycznym nazywamy ruch elektronów z ciała o potencjale ujemnym do ciała

o potencjale dodatnim. Oznaczamy literą I [3].

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia.

1. Wymień przykładowo kilka wielkości elektrycznych.
2. Jaki układ jednostek miar obowiązuje w Polsce i jakie są jego zalety?
3. Jakie są jednostki podstawowe układu SI?
4. Jakie są stosowane wielokrotności i podwielokrotności wielkości fizycznych

i odpowiadające im przedrostki (wymień cztery)?

5. Jakie są ładunki elementarne i jakie znaki przypisano tym ładunkom?
6. Co to są przewodniki?
7. Co to są dielektryki?
8. Co to są półprzewodniki?
9. Jakiego rodzaju ładunki odpychają się, a jakiego przyciągają się?
10. Czy siła oddziaływania ładunków zależy od środowiska?
11. Co nazywamy napięciem elektrycznym, jakie jest jego oznaczenie i jednostka miary?
12. Co nazywamy potencjałem elektrycznym?
13. Jak oznaczamy prąd elektryczny i w jakich jednostkach miary podajemy wartość prądu

elektrycznego?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Działania na jednostkach fizycznych.

Zastosuj wielokrotności i podwielokrotności wielkości fizycznych do obliczenia podanych
przykładów: a)10 mA=……..A, b) 20 kΩ=……Ω, c) 0,005 V=…… mV,
d) 0,0000023 A=……μA, e) 325000 kΩ=……MΩ.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wykonać zadanie w formie pisemnej, korzystając z poznanych wiadomości,
2) wykonać ćwiczenie indywidualnie,
3) zastosować odpowiednie wartości liczbowe przypisane danemu przedrostkowi,
4) zaprezentować sposób wykonania przykładów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Oblicz siłę wzajemnego oddziaływania na siebie dwóch ładunków punktowych

, znajdujących się w odległości 5 km od siebie. Ładunki te znajdują się

w próżni, gdzie

]

[

−

⋅

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wykonać zadanie w formie pisemnej, korzystając z poznanych wiadomości,
2) wykonać ćwiczenie indywidualnie,
3) zastosować odpowiedni wzór do treści zadania,

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) podać definicję wielkości fizycznej?



2) podać określenie jednostki?



3) wymienić choć cztery stosowane przedrostki?



4) podać wartość liczbową wybranych przedrostków?



5) podać jakie ładunki się odpychają a jakie przyciągają?



6) wymienić materiały dielektryczne?



7) podać co nazywamy napięciem elektrycznym?



8) podać co nazywamy potencjałem elektrycznym i jak go oznaczamy?



9) podać jednostkę prądu elektrycznego?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Źródła prądu i napięcia stałego

4.2.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

Energia może istnieć w wielu postaciach, np. mechanicznej, chemicznej, cieplnej

świetlnej, jądrowej oraz elektrycznej. Ponadto energia może być zamieniana z jednej postaci
na drugą postać, w oparciu o odpowiednie zjawiska fizyczne.

Źródłami napięcia stałego nazywać będziemy układ urządzeń, które daję nam energię

elektryczną w postaci napięcia stałego. W zależności od tego, z jakiej postaci energii
otrzymano energię elektryczną, źródła napięcia stałego dzielimy na:

−

źródła elektromechaniczne,

−

źródła chemiczne,

−

źródła cieplne,

−

źródła świetlne,

−

źródła piezoelektryczne.

W każdym z powyższych źródeł zachodzi zamiana odpowiedniej postaci energii na energię
elektryczną, objawiającą się napięciem. Teraz krótko omówiony zostanie każdy
z powyższych typów.

Źródła elektromechaniczne.

Energia mechaniczna zostaje zamieniona na energię elektryczną w wyniku zjawiska

indukcji elektromagnetycznej. Urządzenie, które wytwarza w ten sposób energię nazywamy
prądnicą elektryczną lub generatorem.

Źródła chemiczne.

Energia chemiczna odpowiedniego roztworu, zwanego elektrolitem, zostaje zamieniona

na energię elektryczną w wyniku reakcji chemicznej. W wyniku tej reakcji na dwóch
elektrodach zanurzonych w elektrolicie pojawia się napięcie stałe. Urządzenia, które w ten
sposób wytwarzają energię elektryczną to: baterie, akumulatory.

W bateriach przemiana energii zachodzi nieodwracalnie, tzn. baterie się rozładowują i nie

można ich naładować. Natomiast w akumulatorach przemiana energii jest procesem
odwracalnym, czyli po rozładowaniu można akumulator naładować.
Specjalnym rodzajem źródła napięcia stałego, które zalicza się też do chemicznych, jest
ogniwo paliwowe.
Jest to urządzenie, w którym energia pochodzi ze spalania paliwa, które może być w postaci
stałej, ciekłej i gazowej. Różni się tym od akumulatora i baterii, że substancje chemiczne
wykorzystywane do reakcji chemicznej są dostarczane z zewnątrz i można je dostarczać,
jeżeli się wyczerpią (np. ze zbiornika gazowego).

Źródła cieplne

Energię elektryczną otrzymujemy z przemiany energii cieplnej na elektryczną.

Wykorzystuje się tu zjawiska: termoelektryczne, magnetogazodynamiczne (MGD) oraz
magnetohydrodynamiczne (MHD).

Zjawisko termoelektryczne występuje na styku dwóch metali lub półprzewodników.

Jeżeli miejsce styku ma temperaturę znacznie różniącą się od pozostałych części zespolonych
materiałów, to na końcach pojawia się napięcie.
Zjawiska MGD i MHD nie znalazły praktycznego zastosowania, dlatego nie będą opisane.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Źródła świetlne.

Energia promieniowania świetlnego zamieniana jest na energię elektryczną. Urządzenie,

w którym to zachodzi nazywamy ogniwem fotoelektrycznym.

Źródła piezoelektryczne.

Do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystuje się zjawisko piezoelektryczne.

Zjawisko polegające na pojawianiu się napięcia na zewnętrznych powierzchniach kryształów
poddanych działaniu sił ściskających.

Źródła idealne i rzeczywiste napięcia stałego

Idealnym źródłem napięcia stałego nazywamy takie źródło, które utrzymuje na swoich

zaciskach stałe napięcie mimo podłączania różnych odbiorników. Na schematach oznaczmy
je symbolami pokazanymi na rys. 3. Dłuższa kreska, grot lub znak plusa strzałki oznacza
biegun dodatni.

Rys. 3. Spotykane symbole źródeł napięcia stałego.

Uwaga! wszystkie symbole zamieszczone w poradniku są zgodne z normą IEC 617-4:1983.

W rzeczywistości nie ma idealnych źródeł napięcia, a te, co występują, pod wpływem

zmian obciążenia zmieniają wartość swojego napięcia. Wytłumaczyć to można na przykładzie
obciążenia w postaci rezystora i źródła w postaci baterii typu „paluszek”. Jeżeli
obciążenie.jest duże (mała wartość rezystancji) napięcie na źródle spada poniżej
znamionowego, czyli 1,5V. Natomiast, gdy obciążenia jest małe (duża rezystancja), napięcie
będzie równe znamionowemu.
O takim efekcie decyduje to, że rzeczywiste źródła napięcia mają pewien opór elektryczny,
nazywany rezystancją wewnętrzną R

, przedstawia to rys. 4.

Rys. 4. Rzeczywiste źródło napięcia.

Źródła idealne i rzeczywiste prądu stałego

W układach elektrycznych spotyka się także źródła prądowe. Są to urządzenia

skomplikowane, złożone np. z transformatora, prostownika, filtrów i odpowiedniego układu
elektronicznego. W odróżnieniu od źródeł napięciowych, występują tylko jako urządzenia
wieloblokowe i nazywane są często stabilizatorami prądowymi lub zasilaczami prądu stałego.
Natomiast źródło napięciowe może mieć budowę prostą np. bateria, jak i również blokową-
nazywane wtedy są stabilizatorami napięciowym lub zasilaczami napięcia stałego (rys. 5).

Rys. 5. Schemat blokowy stabilizatora napięcia lub prądu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Idealne źródło prądowe ma za zadanie utrzymywać stały prąd w obwodzie mimo zmian

obciążenia. Symbol graficzny idealnego źródła prądu stałego pokazuje rys. 6. Grot strzałki
lub znak plusa wskazuje biegun dodani, z tego bieguna prąd wypływa.

Rys. 6. Symbole graficzne idealnych źródeł prądu.

W rzeczywistości każde źródło prądowe ma pewną przewodność (kondunktancję)

[ ]

która powoduje, że prąd ten ulega zmianie pod wpływem zmian obciążenia. Mówimy wtedy
o źródle rzeczywistym prądu stałego, pokazuje to rys. 7.

Rys. 7. Rzeczywiste źródło prądu stałego.

Łączenie źródeł napięć

Jeżeli mamy kilka źródeł napięciowych połączonych szeregowo, to można je zastąpić

jednym, tzw. źródłem zastępczym o rezystancji wewnętrznej

oraz napięciu źródłowym

E (rys. 8.).

Rys. 8. Połączenie szeregowe źródeł napięcia oraz ich źródło zastępcze.

Wartość napięcia źródłowego źródła zastępczego

E jest równa sumie algebraicznej napięć

źródłowych

E ,

E . Algebraiczna oznacza to, że należy obrać jeden kierunek – strzałka

na rys. 8 – i te napięcia źródłowe, które są zgodne z obranym kierunkiem mają znak plus,
natomiast te, które są przeciwne znak minus

−

Rezystancja wewnętrzna

jest równa sumie rezystancji wewnętrznych poszczególnych

źródeł.

Podobnie jest w przypadku źródeł prądowych, jeżeli mamy ich kilka, można je zastąpić
jednym tzw. źródłem zastępczym o prądzie źródłowym

I i przewodności

(rys. 9).

Rys. 9. Połączenie równoległe źródeł prąd oraz ich źródło zastępcze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Prąd źródłowy źródła zastępczego

I jest równy sumie algebraicznej prądów źródłowych

poszczególnych źródeł

I ,

I . Podobnie jak przy napięciowym, obieramy jeden kierunek

– strzałka na rys. 9 – i te prądy źródłowe, które są zgodne obranym kierunkiem mają znak
plus, natomiast te, które są przeciwne znak minus.

−

Przewodność

jest równa sumie przewodności poszczególnych źródeł.

Można także łączyć źródła napięciowe równoległe oraz prądowe szeregowo oraz

zastępować te połączenia źródłami zastępczymi. Jednakże w zakresie tego poradnika nie
będzie to omówione.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaki jest podział źródeł napięcia?
2. Jakie są rodzaje źródeł napięcia?
3. Czym się różni źródło napięciowe od prądowego?
4. Czym się różnią źródła idealne od rzeczywistych?
5. Jakie są symbole graficzne, jakie się spotyka dla źródła napięciowego oraz prądowego?
6. W jaki sposób zastępuje się szeregowe połączenie źródeł napięciowych?
7. W jaki sposób zastępuje się równoległe połączenie źródeł prądowych?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz rezystancję wewnętrzną baterii i akumulatorów. Do dyspozycji będą baterie

i akumulatory wydane przez nauczyciela. Przed pomiarami należy sprawdzić ich parametry
w katalogu. Wyniki pomiarów i obliczeń należy zestawić w odpowiedniej tabeli. Z pomocą
nauczyciela sformułuj wnioski.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: badane baterie i akumulatory,

amperomierz , woltomierz, rezystor nastawny – dekada, przewody laboratoryjne, katalog

2) z katalogu wynotować parametry dla każdej baterii i akumulatora,
3) każdej baterii i akumulatorowi zmierzyć napięcie w stanie jałowym (bez obciążenia)

w układzie pokazanym na rys. 10a , wyniki pomiarów zapisać w tabeli 3 w odpowiedniej
kolumnie,

4) każdej baterii i akumulatorowi zmierzyć napięcie i prąd w stanie obciążenia –

obciążeniem jest rezystor

Ω

– w układzie pokazanym na rys. 10b, wyniki pomiarów

zapisać w tabeli 3 w odpowiedniej kolumnie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 10. Schemat układu pomiaru mocy za pomocą watomierza, a) stan jałowy, b) stan obciążenia.

5) po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
6) na podstawie pomiarów obliczyć

R , korzystając z wzoru:

obc

−

wyniki obliczeń zapisać w tabeli 3 w odpowiedniej kolumnie,

Tabela 3. Tabela wyników pomiarów i obliczeń – ćwiczenie 1.

Pomiary

Obliczenia

Stan jałowy

Stan obciążenia

Lp.

[ ]

obc

[ ]

Ω

7) na podstawie wyników pomiarów i obliczeń zestawionych w tabeli 3, z pomocą

nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

katalog baterii i akumulatorów,

−

baterie i akumulatory na napięcie do 9V, powinno być ich po 5szt różnych typów
(wybory dokonuje nauczyciel prowadzący zajęcia), zasilacz napięcia stabilizowany,
regulowany 0-30V,

−

rezystor 10Ω,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

mierniki: woltomierz, amperomierz.

Ćwiczenie 2

Wykonaj połączenie szeregowe wybranych akumulatorów lub baterii (łącznie ma być

pięć elementów). Pomierz napięcie całkowite na stworzonym połączeniu oraz porównaj je
z obliczeniami dla źródła zastępczego dla takiego połączenia. Z pomocą nauczyciela
sformułuj wnioski.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: woltomierz, amperomierz,

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2) połączyć 5, wybranych w sposób dowolny, ogniw (baterii, akumulatorów) na dwa

sposoby:

−

zachowując zasadę, że plus łączy się z minusem,

−

nie zachowując tej zasady.

3) dla każdego połączenia zmierzyć woltomierzem napięcie na całym połączeniu

i zanotować,

4) dla każdego połączenia zmierzyć rezystancję wewnętrzną w sposób taki jak w ćwiczeniu

1, wyniki zanotować,

5) dla danego połączenia narysować schemat ideowy, uwzględniając to, że użyte baterie lub

akumulatory są rzeczywistymi źródłami napięcia i zawierają rezystancję wewnętrzną,

6) stworzony schematu ideowy zastąpić źródłem zastępczym, obliczając

oraz

E , do

obliczeń

należy wykorzystać z ćwiczenia 1 wyznaczone rezystancje wewnętrzne,

7) obliczone w punkcie 6)

E porównać z pomierzonym w punkcie 3) napięciem,

8) obliczone w punkcie 6)

porównać z pomierzonym w punkcie 4)

R ,

9) na podstawie wyników pomiarów i obliczeń, z pomocą nauczyciela sformułuj wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

katalog baterii i akumulatorów,

−

baterie i akumulatory na napięcie do 9V, powinno być ich po 5szt różnych typów
(wybory dokonuje nauczyciel prowadzący zajęcia), zasilacz napięcia stabilizowany,
regulowany 0-30V,

−

rezystor 10Ω,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

mierniki: woltomierz, amperomierz.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) podać spotykane symbole źródeł napięciowych?



2) podać spotykane symbole źródeł prądowych?



3) wymienić rodzaje źródeł napięciowych?



4) scharakteryzować każdy z rodzajów źródeł napięciowych?



5) podać schemat blokowy stabilizowanego źródła napięciowego oraz prądowego?



6) podać czym się różni źródło napięciowe od prądowego?



7) podać czym się różnie źródło idealne od rzeczywistego?



8) zastąpić połączenie szeregowe źródeł napięciowych źródłem zastępczym?



9) zastąpić połączenie równoległe źródeł prądowych źródłem zastępczym?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych w obwodach

prądu stałego

4.3.1. Materiał nauczania

Do pomiaru prądu, napięcia i rezystancji służą odpowiednie mierniki (przyrządy

pomiarowe), a więc amperomierz, woltomierz i omomierz.

Rys. 11. Miernik uniwersalny-a)cyfrowy, b)wskazówkowy [5].

Miernik uniwersalny jest wielozakresowym miernikiem. Umożliwia on pomiar prądów

i napięć stałych oraz przemiennych. Miernik uniwersalny wskazówkowy ma zazwyczaj dwie
podziałki. Jedną z nich, oznaczoną symbolem „-„, wykorzystujemy przy pomiarach prądów
i napięć stałych, drugą, oznaczoną symbolem” ~”, przy pomiarach napięć i prądów
przemiennych sinusoidalnych. Sucha bateria umożliwia także pomiar rezystancji. Przy
pomiarach rezystancji wykorzystuje się odrębną podziałkę wyskalowaną w omach [5].

Pomiar napięcia

Do pomiaru napięcia (różnicy potencjałów) służy miernik elektryczny zwany

woltomierzem. Woltomierz za pomocą przewodów podłączamy do obwodu równolegle, czyli
między zaciski elementu lub grupy elementów, na których mierzymy napięcie.

Rys. 12. Symbol graficzny woltomierza.

Rys.13. Przykład schematu obwodu z woltomierzem. Woltomierz V

mierzy spadek napięcia na rezystorze R

zaś woltomierz V

spadek napięcia na rezystorze R

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiar natężenia prądu

Pomiar prądu w obwodzie wykonujemy amperomierzem. Pomiar ten możemy porównać

z pomiarem przepływającej wody w rurociągu. Aby zmierzyć ilość przepływającej wody,
należy przeciąć rurociąg i w miejscu przecięcia zainstalować wodomierz. Podobnie, aby
zmierzyć prąd, należy przerwać obwód elektryczny i podłączyć końce przewodów w miejscu
przerwy z amperomierzem. W taki sposób zostanie stworzona dla elektronów droga przejścia
przez amperomierz.

Rys. 14. Symbol graficzny amperomierz.

Rys. 15. Przykład podłączenia amperomierza.

Natężenie prądu jest to wartość ładunku elektrycznego (liczba elektronów)

przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika w ciągu jednostki czasu.

gdzie:

I - natężenie prądu w amperach [A],

Q - ładunek elektryczny w kulombach [C], czyli amperosekunda [As],
t - czas trwania przepływu prądu w sekundach [s].

Symbolem natężenia prądu jest litera I, a jego jednostką amper- oznaczony w skrócie

literą A.

Natężenie prądu, który płynie przez przewód, będzie równe 1A, jeżeli w czasie 1 sekundy

przez poprzeczny przekrój przewodu przepłynie ładunek elektryczny równy 1 kulombowi.

Prąd elektryczny może zmieniać okresowo nie tylko swoje natężenie, lecz i kierunek. Ze

względu na to wyróżniamy: prąd stały, prąd przemienny i prąd tętniący (pulsujący).

Prądem stałym nazywamy taki prąd, którego natężenie i kierunek mają wartość stałą.

Przy prądzie przemiennym zarówno, kierunek jak i natężenie zmieniają się okresowo. Prądem
tętniącym nazywamy prąd, którego kierunek jest stały, a natężenie zmienia się okresowo.

Rys. 16. Rodzaje prądów, a- prąd stały, b- prąd przemienny.

Pomiar rezystancji

Pomiar rezystancji wykonujemy omomierzem. Omomierz za pomocą przewodów

podłączamy do obwodu szeregowo lub równolegle.

Rys. 17. Symbol graficzny omomierza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jeżeli biegniemy szybko ulicą, napotykamy opór powietrza hamującego nasz bieg. Jeśli
natomiast biegniemy w wodzie, napotykamy jeszcze większy opór. Widzimy, więc, że przy
poruszaniu się różne środowiska stawiają różny opór. Podobnie dzieje się z ruchem
elektronów w przewodnikach. Tę własność przewodników nazywamy opornością
(rezystancją) elektryczną. Jednostkę oporności (rezystancji) nazywamy omem [Ω].
Rezystancję 1 Ω [Om] ma przewód, w którym przepływa prąd o natężeniu jednego ampera,
pod wpływem napięcia jednego wolta.

Rys. 18. Symbol graficzny rezystora (opornika).

Opornikiem albo rezystorem nazywamy element obwodu elektrycznego wykonany

celowo dla uzyskania potrzebnej rezystancji (oporu).

Odwrotnością rezystancji jest konduktancja, czyli przewodność elektryczna. Jest to

wielkość, określająca jak gdyby zdolność przewodników do przewodzenia prądu. Rezystancję
oznaczamy literą R, konduktancję zaś literą G. Jednostką przewodności jest simens,
oznaczamy literą S.

gdzie:

R - rezystancja [Ω],

G - konduktancja [S].

Jeden simens – jest to przewodność obwodu, w którym doprowadzone napięcie, równe
jednemu woltowi, wywołuje przepływ prądu o natężeniu jednego ampera [2].

Prawo Ohma

W obwodzie elektrycznym między natężeniem prądu, napięciem i rezystancją występuje

pewna stała zależność. Zależność między tymi trzema wielkościami nazywamy prawem
Ohma, które można wyrazić następująco.
Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia i odwrotnie proporcjonalne do
rezystancji:

gdzie:

I - natężenie prądu [A],

U - napięcie [V],

R - rezystancja [Ω].

Możemy obliczyć wartość dowolnej wielkości występującej we wzorach:

⋅

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak dokonujemy pomiaru napięcia?
2. Jak wygląda symbol graficzny miernika do pomiaru napięcia?
3. Jak dokonujemy pomiaru prądu?
4. Jak wygląda symbol graficzny miernika do pomiaru natężenia prądu?
5. Jak dokonujemy pomiaru rezystancji?
6. Jaki symbol graficzny ma amperomierz, woltomierz i omomierz?
7. Jak zmieni się prąd w przewodzie, jeżeli zmniejszymy dwukrotnie napięcie na jego

końcach?

8. Jak brzmi prawo Ohma?
9. Jak nazywamy odwrotność rezystancji?
10. Jak oznaczamy i w jakich jednostkach mierzymy konduktancję?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj połączenie szeregowe żarówki i źródła napięcia stałego. Ustaw napięcie równe

U=10 V, zmierz prąd płynący przez żarówkę oraz rezystancję. Z pomocą nauczyciela
sformułuj wnioski.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe: woltomierz, amperomierz i omomierz,
2) narysować schemat ideowy i pomiarowy,
3) połączyć elementy podane w treści zadania,
4) na podstawie wyników pomiarów, z pomocą nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

miernik uniwersalny,

−

żarówka,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-12V,

−

przybory do pisania,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

zeszyt.

Ćwiczenie 2

Wykonaj połączenie równoległe trzech rezystorów i źródła napięcia stałego. Ustaw

napięcie równe U=12 V, zmierz prąd płynący przez każdy rezystor.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe: woltomierz i amperomierz,
2) narysować schemat ideowy i pomiarowy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) połączyć elementy według narysowanego schematu,
4) po podłączeniu pokazać obwód nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5) wykonać pomiary prądu płynącego przez każdy rezystor,
6) narysować charakterystykę prądowo- napięciową każdego rezystora,
7) obliczyć korzystając z prawa Ohma wartości rezystorów,
8) na podstawie wyników pomiarów, z pomocą nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

mierniki: woltomierz i amperomierz,

−

trzy rezystory(1kΩ, 1.2 kΩ, 3.3 kΩ),

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-12V,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) narysować symbol graficzny woltomierza?



2) narysować symbol graficzny amperomierz?



3) narysować symbol graficzny omomierza?



4) omówić sposób podłączania amperomierza do obwodu?



5) podać definicję prawa Ohma?



6) podać oznaczenie i jednostkę rezystancji?



7) podać nazwę odwrotności rezystancji?



8) podać oznaczenie i jednostkę odwrotności rezystancji?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Układy regulacji napięcia i prądu

4.4.1. Materiał nauczania

W elektrotechnice wyróżniamy dwa rodzaje obwodów elektrycznych: nierozgałęzione

i rozgałęzione. W obwodach nierozgałęzionych prąd ma jednakową wartość, zaś w obwodach
rozgałęzionych istnieje kilka zamkniętych dróg dla przepływu prądu.

Pierwsze prawo Kirchhoffa

Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy obwodów rozgałęzionych. Miejsce rozgałęzienia

obwody nazywamy węzłem.
Jedną drogę dla przepływu prądu, łączącą bezpośrednio dwa węzły, nazywamy gałęzią.
Gałęzią może być pojedynczy element obwodu, np.: rezystor, źródło napięcia, albo szeregowy
układ kilku elementów.

W dowolnym węźle obwodu elektrycznego elektrony dopływające do węzła muszą

z niego odpłynąć. Nie może powstać w węźle nadwyżka ładunku jednego znaku, bo to
spowodowałoby olbrzymi przyrost potencjału elektrostatycznego. Prądy dopływające do
węzła muszą się równoważyć z prądami odpływającymi z węzła. O tym mówi pierwsze
prawo Kirchhoffa. Przypisuje się prądom dopływającym do węzła znak (+), a prądom
odpływającym od węzła znak (-).

Suma algebraiczna prądów schodzących się w dowolnym węźle obwodu elektrycznego

jest równa zero. Jest to tzw. bilans prądów w węźle obwodu elektrycznego.

Rys. 19. Węzeł obwodu elektrycznego.

Po przeniesieniu

, I

na lewą stronę równania

−

Łączenie równoległe rezystorów

Z pierwszym prawem Kirchhoffa wiąże się łączenie równoległe rezystorów.

Przy równoległym połączeniu rezystorów łączymy oddzielnie ze sobą początki i końce
wszystkich rezystorów. Połączenie te stanowią wspólny początek i koniec rezystorów
połączonych równolegle. Punkty te noszą nazwę węzłów [2].

Rys.20. Układ równoległy n rezystorów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W obwodzie równolegle połączonych rezystorów przez każdy rezystor może płynąć inny
prąd, zaś prąd całkowity jest sumą wszystkich prądów płynących w obwodzie.

⋅⋅

⋅

Przy połączeniu równoległym wszystkie rezystory znajdują się pod tym samym napięciem
doprowadzonym do punktów węzłowych, a więc natężenie poszczególnych prądów możemy
obliczyć ze wzorów:

;

Ogólny wzór na rezystancję zastępczą przy połączeniu równoległym dla n rezystorów:

⋅⋅

⋅

Odwrotność rezystancji zastępczej połączenia równoległego równa się sumie odwrotności
rezystancji połączenia równoległego. Odwrotność rezystancji możemy zastąpić konduktancją
(przewodnością), otrzymamy:

⋅⋅

⋅

Konduktancja zastępcza połączenia równoległego równa się sumie konduktancji
poszczególnych gałęzi.
Jeżeli w układzie występują tylko dwa rezystory połączone równolegle, wówczas ogólny
wzór upraszcza się do postaci:

⋅

Rezystancja zastępcza połączenia równoległego jest zawsze mniejsza od najmniejszej
rezystancji wchodzącej w skład połączenia.

Drugie prawo Kirchhoffa

Dany jest obwód, przedstawia on jeden z obwodów zamkniętych, o trzech punktach

węzłowych, wydzielony z rozgałęzionej sieci.

Rys. 22. Obwód zamknięty wydzielony z sieci.

W wydzielonym obwodzie oznaczono kierunki sił elektromotorycznych i prądów oraz

podano wartości rezystancji źródeł i rezystorów. Rozpatrzymy obwód z zgodnie z kierunkiem
zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Należy to oznaczyć strzałką zaokrągloną.
Obwód rozpatrywać będziemy od punktu A , którego potencjał oznaczamy

V .

Na odcinku A do punktu B następuje spadek napięcia na rezystorze

R . Różnica potencjałów

między punktami A i B równa jest napięciu między tymi punktami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

Napięcie na zaciskach rezystora jest równe spadkowi napięcia.

⋅

−

Jeżeli punkt A jest uziemiony, wówczas

, a potencjał B będzie ujemny i wyniesie:

⋅

−

Między punktami B i C obwodu zostało włączone źródło sem

E , działające w kierunku

zgodnym z prądem

I płynącym przez to źródło. Napięcie między tymi punktami jest

mniejsze od sem

E o spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej źródła

⋅

−

a według obranego porządku rozpatrywania obwodu

⋅

−

stąd

⋅

−

W odcinku CD prąd płynie od punktu C o potencjale wyższym do punktu D o potencjalne
niższym. Napięcie między tymi punktami jest równe spadkowi napięcia, jaki wywołuje prąd

I na rezystorze

R .

⋅

−

W odcinku DF obwodu zostało włączone źródło sem

E ; pracuje ono inaczej, aniżeli źródło

włączone w odcinek BC . Tam kierunek sem był zgodny z kierunkiem prądu

I i sem

E mają

kierunki przeciwne. Jeżeli prąd w odcinku DF płynie od punktu D do F , to znaczy, że punkt

D ma wyższy potencjał aniżeli F . Różnica potencjałów

V i

V równa jest napięciu między

tymi punktami

−

Siła elektromotoryczna

E przeciwdziała napięciu

, które jest większe od niej, gdyż

powoduje przeciwny przepływ prądu. Napięcie w tym odcinku będzie równoważne przez sem

E i spadek napięcia na rezystancji wewnętrznej

R .

Napięcie

określa zależność

⋅

−

Napięcie między punktami F i A wynosi

⋅

−

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Po sumowaniu prawych i środkowych stron równań ułożonych dla poszczególnych odcinków

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

⋅

−

⋅

−

Po uporządkowaniu i dodaniu otrzymamy

⋅

−

Posługując się drugim prawem Kirchhoffa dla zamkniętego obwodu, wydzielonego z sieci lub
dla stanowiącego obwód zamknięty, układamy równanie:

−

obieramy kierunek rozpatrywania obwodu, zgodny lub przeciwny z ruchem wskazówek
zegara i przyjmujemy go za dodatni,

−

sumujemy wszystkie sem w obwodzie, dając znak dodatni tym siłom, których kierunek
jest zgodny z przyjętym w obwodzie za dodatni i ujemny tym, których kierunek jest
przeciwny,

−

podobnie jak sem dodajemy spadki napięć. Spadek napięcia ma znak dodatni, gdy
wywołujący go prąd jest zgodny z przyjętym kierunkiem rozpatrywania obwodu
i ujemny, jeżeli jest przeciwny. Spadki napięć traktuje się, więc podobnie jak sem, lecz
umieszcza po drugiej stronie równania.

Przenieśmy siły elektromotoryczne na jedną stronę, a spadki napięć

)

(

⋅

na stronę drugą

⋅

−

Kierunki sem i spadków napięć uważamy za dodatnie, gdy kierunek sem lub prądu
wywołujący dany spadek napięcia jest zgodny z przyjętym za dodatni kierunek rozpatrywania
obwodu. W przeciwnym wypadku uważamy sem i spadki napięć za ujemne. W ogólnej
i skróconej postaci można wykonane działania zapisać

)

(

...

)

(

)

(

...

Drugie prawo Kirchhoffa brzmi: w obwodzie elektrycznym zamkniętym suma

algebraiczna sił elektromotorycznych równa się sumie algebraicznej spadków napięć na
poszczególnych rezystorach.

Łączenie szeregowe rezystorów

Łączenie szeregowe rezystorów nazywamy takie łączenie, w którym koniec pierwszego

łączymy z początkiem drugiego, a koniec drugiego z początkiem trzeciego itd. Początek
pierwszego rezystora i koniec ostatniego stanowią początek i koniec układu rezystorów
połączonych szeregowo.

Rys. 21. a) układ szeregowy trzech rezystorów, b) schemat zastępczy.

Rezystancja zastępcza równoważna rezystorów połączonych szeregowo równa się sumie tych
rezystancji:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

⋅⋅

⋅

Przy szeregowym połączeniu rezystorów natężenie prądu I jest jednakowe w każdym
punkcie obwodu.
Na każdym z rezystorów

występuje spadek napięcia. Zgodnie z prawem Ohma

napięcia będą równe:

;

Całkowite napięcie U jest równe sumie spadków napięć na poszczególnych rezystorach.

Stosuje się również połączenie szeregowo- równoległe rezystorów, zwane też

połączeniem mieszanym. Ze względu na różne możliwości takich połączeń nie istnieją wzory
ogólne do obliczania rezystancji zastępczej. Wyznacza się ją zwykle po kolei etapami.

Dzielnik napięcia i dzielnik prądu

Dzielnik napięcia służy do regulacji stałego napięcia wejściowego

U . Zbudowany jest

z dwóch rezystorów połączonych szeregowo. Napięcie wyjściowe

U odbieramy z rezystora

regulowanego

R .

W przypadku, gdy dzielnik napięcia jest nie obciążony

lub obciążenie jest bardzo małe

≈

, zachodzi zależność:

Po przekształceniach:

Rys.23. Dzielnik napięcia.

Dzielnik prądu służy do nastawiania żądanej wartości prądu odbiornika

odb

. Stosuje się

do tego celu rezystory nastawne – suwakowe. Regulacja prądu odbywa się za pomocą
rezystora

R . Przedstawiony na rysunku dzielnik jest dzielnikiem jednostopniowym,

wyróżnia się też dzielniki dwustopniowe. Włączając dodatkowo amperomierz szeregowo
z

odb

i regulując rezystorem nastawnym

R można uzyskać żądaną wartość prądu

odb

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys.24. Dzielnik prądu – jednostopniowy

Dla przedstawionego na rysunku powyżej dzielnika prądu obowiązuje zależność:

odb

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaki jest wzór na rezystancję układu równoległego n rezystorów?
2. Jaki jest wzór na rezystancję zastępczą dwóch rezystorów połączonych równolegle?
3. W jakim stosunku pozostają prądy w dwóch rezystorach połączonych równolegle?
4. W jakim stosunku pozostaje napięcie w połączeniu szeregowym rezystorów?
5. Jaka jest rezystancja zastępcza połączenia równoległego w stosunku do rezystorów

w obwodzie?

6. Co nazywamy: obwodem elektrycznym rozgałęzionym, węzłem, gałęzią, oczkiem?
7. Jak można uzasadnić bilans prądów w węźle?
8. Na czym polega bilans napięć w oczku?
9. Czym różni się I od II prawa Kirchhoffa?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Połącz obwód jak na schemacie.

Rys. 25. Schemat pomiarowy.

Sprawdź napięciowe prawo Kirchhoffa dla oczka 1 i 2, jeśli U

=5V, U

=-3V, R

= 6,8kΩ,

= 1,2 kΩ, R

= 0,48 kΩ, R

= 3,3 kΩ, R

= 1kΩ.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować woltomierz,
2) połączyć schemat,
3) wykonać pomiary napięcia w każdym oczku,
4) na podstawie wyników pomiarów, z pomocą nauczyciela sformułować wnioski.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

mierniki uniwersalny,

−

rezystory,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt.

Ćwiczenie 2

Poniższy obwód jest dzielnikiem napięcia. Oblicz i sprawdź, jakie napięcie będzie na

rezystorze R2, jeśli U= 3V, R

= 6,8kΩ, R

= 3,3 kΩ, R

= 1 kΩ .

Rys. 26. Schemat pomiarowy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować woltomierz i omomierz,
2) połączyć schemat,
3) nastawić napięcie na wejściu obwodu,
4) na podstawie pomiaru wartości rezystorów obliczyć napięcie wyjściowe dla R2,
5) sprawdzić swoje obliczenie na podstawie pomiaru napięcia na R2,
6) na podstawie wyników pomiarów, z pomocą nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

mierniki: woltomierz i omomierz,

−

rezystory,

−

kod barwny rezystorów,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-12V,

−

przewody laboratoryjne z zaciskami typu „krokodylek” i „banan”,

−

przybory do pisania,

−

zeszyt.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) narysować połączenie szeregowe dwóch rezystorów ?



2) narysować połączenie równoległe dwóch rezystorów?



3) podać wzór na rezystancję zastępczą dwóch rezystorów

połączonych równolegle?



4) podać definicję drugiego prawa Kirchhoffa?



5) podać definicję pierwszego prawa Kirchhoffa?



6) podać wzór dzielnika napięcia?



7) narysować obwód dzielnika prądu?



8) podać co nazywamy obwodem rozgałęzionym i nierozgałęzionym?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Bilans mocy w obwodach prądu stałego

4.5.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

Na wstępie należy zaznaczyć, że prąd stały płynący przez jakiekolwiek ciała zawsze

wywołuje wydzielenie ciepła, dodatkowo trzeba pamiętać, że każde ciało stanowi pewien
opór dla prądu elektrycznego – tę własność ciała nazywamy oporem elektrycznym lub
rezystancją, mierzymy ją w omach [

Ω

]. Jedne ciała mają dużą rezystancję (izolatory) inne

małą (przewodniki).
Można, więc powiedzieć, że energia elektryczna, jaką niesie prąd jest na rezystancji
zamieniana w ciepło. Dokładnie definiuje to prawo Joule`e-Lenza, zgodnie, z którym:
energia elektryczna przekształcana na rezystancji w ciepło, jest wprost proporcjonalna do
kwadratu prądu I , rezystancji R i czasu t :

⋅

gdzie:

- energia elektryczna, mierzymy ją w joulach

[ ]

J ,

I - prąd elektryczny, mierzymy w amperach

[ ]

A ,

R - rezystancja elektryczna, mierzymy w omach

[ ]

Ω

t - czas, mierzymy w sekundach

[ ]

s ,

P - moc [W].

Moc elektryczna jest to natomiast, stosunek energii elektrycznej do czasu. Oznaczamy ją
litera P i mierzymy w watach

[ ]

W .

W praktyce moc, łatwiej jest obliczać z następujących wzorów:

⋅

Należy pamiętać, że we wzorach tych napięcie U jest to napięcie występujące na rezystancji
(spadek napięcia) natomiast prąd I jest to prąd płynący przez rezystancję.
Podsumowując, moc wyliczona z powyższych wzorów jest to moc wydzielona tylko na tej
rezystancji, przez którą płynie prąd I i występuje na niej napięcie U (rys.27)

Rys.27. Odbiornik w postaci rezystora.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pomiar mocy

Do pomiaru mocy stosujemy specjalne mierniki – watomierze, a jeżeli ich nie posiadamy

stosujemy tzw. metodę techniczną pomiaru mocy, wykorzystującą woltomierz i amperomierz.

Pomiar mocy watomierzem.

Watomierz jest miernikiem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej. Ma dwa obwody

pomiarowe (dwie cewki): obwód prądowy i obwód napięciowy, czyli watomierz ma cztery
zaciski pomiarowe. Obwód prądowy włącza się do układu szeregowo z obciążeniem
(jak amperomierz), początkiem od strony zasilania. Obwód napięciowy – poprzez zaciski
napięciowe, równolegle z obciążeniem (jak woltomierz) – początkiem od przewodu,
w którym włączono obwód prądowy. Zaciski odpowiadające początkowi cewki napięciowej
i prądowej oznaczone są kropką lub gwiazdką. W watomierzu można przełącznikami
prądowymi i napięciowymi nastawić zakres prądowy i napięciowy niezależnie od siebie.
Zakres watomierza jest równy iloczynowi wyżej wspomnianych zakresów. Watomierz
elektrodynamiczny wskazuje poprawnie moc w obwodach prądu stałego i moc czynną
w obwodach prądu zmiennego. Mierniki elektrodynamiczne mają umieszczone na skali
oznaczanie pokazane na rys. 28b.

Rys. 28. Symbol graficzny a) watomierza b) miernika elektrodynamicznego.

Możliwe sposoby podłączania watomierza pokazuje rys. 29. Wyróżniamy dwa układy

pomiaru:
-

układ dokładnego pomiaru napięcia,

układ dokładnego pomiaru prądu,

warunki stosowania tych układów zostały podane w tabeli 4.

Rys.29. Schemat podłączania obwodów watomierza (prądowego i napięciowego) w obwodzie prądu stałego

a) układ dokładnego pomiaru napięcia, b) układ dokładnego pomiaru prądu.

Aby nie przeciążyć obwodów watomierza w celach kontrolnych stosujemy dodatkowo

woltomierz i amperomierz, sposób włączenia tych mierników dla poszczególnych układów
pokazuje rys. 30.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 30. Schemat pomiaru mocy prądu stałego za pomocą watomierza wraz z miernikami kontrolnymi

(woltomierz i amperomierz: a) układ dokładnego pomiaru napięcia, b) układ dokładnego pomiaru prądu.

Pomiar mocy metodą techniczną.

Metodę tą stosujemy wtedy, gdy nie mamy watomierza, stosując tylko amperomierz

i woltomierz. Tak samo jak poprzednio wyróżniamy dwie metody schematy dla nich
przedstawia rys. 31.

Rys. 31. Schemat pomiaru mocy prądu stałego metodą techniczną

a) układ dokładnego pomiaru napięcia, b) układ dokładnego pomiaru prądu.

Aby uzyskać mierzoną moc należy wskazany prąd (na amperomierzu) przemnożyć przez

wskazane napięcie (na woltomierzu).

⋅

Tabela 4. Sposób wyboru układu pomiarowego w zależności od metody.

Układ poprawnie mierzonego
napięcia

Układ poprawnie mierzonego
prądu

Pomiar mocy tylko za
pomocą

watomierza

(rys. 31 )

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

odb

⋅

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

odb

⋅

≥

Pomiar mocy za
pomocą watomierz
z miernikami
kontrolnymi
(woltomierzem
i amperomierzem

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

)

(

odb

⋅









⋅

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

)

(

odb

⋅









⋅

≥

Pomiar mocy metodą
techniczną

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

odb

⋅

stosujemy

dla

rezystancji

odbioru spełniających warunek

odb

⋅

≥

odb

- rezystancja odbiornika

- rezystancja obwodu napięciowego watomierza (odczytana z miernika lub jego

dokumentacji)

R - rezystancja woltomierza (odczytana z miernika lub jego dokumentacji)

- rezystancja obwodu prądowego watomierza (odczytana z miernika lub jego dokumentacji)

R - rezystancja amperomierza (odczytana z miernika lub jego dokumentacji)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bilans mocy

W obwodach prądu stałego odbiorniki elektryczne stanowią dla prądu opór, jakim jest

rezystancja. Dlatego odbiorniki prądu stałego oznaczane są rezystorami i mówi się, że jest to
rezystancja odbiornika.
Bilans mocy jest to porównanie mocy dostarczanej ze źródeł z mocą odbieraną przez
odbiorniki

W wyniku bilansu mocy moc dostarczana zawsze musi się równać mocy odbieranej, czyli

zachodzi zasada: suma mocy dostarczanych ze źródeł musi się równać sumy mocy
pobieranych przez odbiorniki.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. W jaki sposób energia elektryczna objawia się na rezystancji?
2. Podaj prawo, które podaje, od czego zależy ilość energii wydzielona na rezystancji?
3. Co to jest moc elektryczna?
4. Podaj wzory, za pomocą, których można w praktyczny sposób obliczyć moc elektryczną?
5. Jakim urządzeniem mierzymy moc elektryczną, wyjaśnij sposób jego podłączania?
6. Jakie znasz metody pomiaru mocy elektrycznej, narysuj ich schematy pomiarowe?
7. Co to jest bilans mocy?
8. Jaka zasada zachodzi podczas bilansu mocy?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Pomierz moc elektryczną za pomocą watomierza. Odbiornikiem będzie rezystor

nastawny – dekada. Pomiary należy wykonać dla następujących wartości dekady: 200, 400,
600, 800, 1000Ω, przy następujących wartościach napięć zasilających 10, 20, 30V. Wyniki
należy zestawić w odpowiedniej tabeli i porównać z wynikami obliczeń. Z pomocą
nauczyciela sformułuj wnioski.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: watomierz prądu stałego,

amperomierz , woltomierz, zasilacz stabilizowany, przewody laboratoryjne,

2) połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie ze schematem pokazanym na rys.32,
3) ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach i odpowiednią wartość napięcia

na zasilaczu,

Rys.32. Schemat układu pomiaru mocy za pomocą watomierza.

4) po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5) po sprawdzeniu włączyć układ,
6) wyniki pomiarów zapisać w tabeli 5,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 5. Tabela wyników pomiarów i obliczeń – ćwiczenie 1.

Pomiary

Obliczenia

Lp.

[ ]

Ω

[ ]

odb

[ ]

7) korzystając z pomierzonych wartości prądu i napięcia oraz znając wartości rezystancji

obliczyć moc odbiornika, do obliczeń należy wykorzystać z wzory które podano w pkt.
4.5.1., wyniki obliczeń wpisać w tabeli 5,

8) na podstawie wyników pomiarów i obliczeń zestawionych w tabeli, z pomocą

nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-30V,

−

dekada,

−

woltomierz, amperomierz, watomierz,

−

przewody laboratoryjne.

Ćwiczenie 2

Wykonaj bilans mocy elektrycznej, w układzie złożonym z kilku odbiorników: dwóch

rezystorów oraz jednej żarówki. Ćwiczenie wykonujemy dla trzech napięć zasilających 10,
20, 30V, należy pomierzyć moc na wejściu układu (w punkcie zasilania układu – watomierz)
a także moce każdego z odbiorników (metoda techniczna – amperomierze A1, A2, A3 oraz
woltomierz V). Suma mocy odbiorników powinna być równa mocy pomierzonej w punkcie
zasilania. Wyniki należy zestawić w odpowiedniej tabeli i porównać z wynikami obliczeń.
Z pomocą nauczyciela sformułuj wnioski.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zgromadzić następujące przyrządy pomiarowe i materiały: watomierz prądu stałego,

amperomierz , woltomierz, zasilacz stabilizowany, przewody laboratoryjne,

2) połączyć wyżej wymienione elementy zgodnie ze schematem pokazanym na rys. 33,

Rys. 33. Schemat układy do wyznaczenia bilansu mocy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) ustawić odpowiednie zakresy pomiarowe na miernikach i odpowiednią wartość napięcia

na zasilaczu,

4) po podłączeniu układ pokazać nauczycielowi w celu sprawdzenia,
5) po sprawdzeniu włączyć układ,
6) wyniki pomiarów zapisać w tabeli 6,

Tabela 6. Tabela wyników pomiarów i obliczeń – ćwiczenie 2.

Pomiary

Obliczenia

Lp.

[ ]

Odb1

Odb2

Ż1

Odb1+

Odb2

Ż1

7) korzystając z pomierzonych wartości prądu i napięcia oraz znając wartości rezystorów

obliczyć moc odbiorników, do obliczeń należy wykorzystać wzory które podano w pkt.
4.5.1., wyniki obliczeń wpisać w tabeli nr 6.,

8) na podstawie wyników pomiarów i obliczeń zestawionych w tabeli, z pomocą

nauczyciela sformułować wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania, kalkulator,

−

zasilacz napięcia stabilizowany regulowany 0-30V,

−

rezystory 200, 500Ω, żarówka typ E14 30V, 5W,

−

przewody laboratoryjne,

−

mierniki wielkości stałych: 4 amperomierze, woltomierz i watomierz.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcie energii elektrycznej?



2) zdefiniować sposób wydzielania energii elektrycznej na rezystancji?



3) zdefiniować pojęcie mocy elektrycznej?



4) podać wzory na obliczanie mocy elektrycznej?



5) podać urządzenie do pomiaru mocy, oraz je obsłużyć



6) podać metody pomiaru mocy elektrycznej?



7) podać schematy pomiarowe dla wybranej metody pomiaru mocy elektrycznej?



8) obliczyć moc elektryczną?



9) pomierzyć moc elektryczną?



10) mając wyniki pomiarów dokonać bilansu mocy



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Oddziaływanie prądu na organizm ludzki

4.6.1. Materiał nauczania

Oddziaływanie prądu na organizm ludzki – wiadomości wstępne

Reakcje organizmu na przepływ prądu elektrycznego są bardzo różnorodne i zależą od

indywidualnych cech fizycznych człowieka, jak również od rodzaju prądu i jego kształtu, jaki
płynie przez organizm oraz od rodzaju drogi jaką przepływa (np. lewa ręka – stopy). Należy
pamiętać, że prąd elektryczny płynący przez organizm zawsze wywołuje w nim zmiany
fizyczne, chemiczne i biologiczne. Całość tych zmian nazywamy rażeniem elektrycznym
a prąd płynący prądem rażeniowym. Ponieważ skutki rażenia prądem w zależności od jego
rodzaju bardzo się różnią, dlatego inne jest oddziaływanie prądu stałego, prądu zmiennego
15-100Hz, prądu zmiennego o częstotliwości większej niż 100Hz, prądu impulsowego oraz
prądu tętniącego. W tym rozdziale omówione zostaną skutki rażenia prądem stałym. Przed
dalszą częścią należy wyjaśnić następujące pojęcia: prąd percepcji (odczuwania),prąd
samouwolnienia oraz prąd fibrylacji.

Prąd percepcji(odczuwania), jest to wartość prądu, przy którym człowiek odczuwa jego

przepływ.

Prąd samouwolnienia, jest to prąd, przy którym człowiek jest jeszcze w stanie

pokonać skurcz mięśni.

Prąd fibrylacji, jest to wartość prądu, przy którym występuje migotanie(fibrylacja)

komór serca.

Skutki rażenia prądem stałym

Wypadki porażenia prądem stałym stanowią kilka procent z ogólnej liczby wypadków

elektrycznych, dodatkowo wypadki śmiertelne przy prądzie są rzadkie i mają miejsce
wyłącznie w bardzo niekorzystnych warunkach środowiskowych, jakie panują np.
w kopalniach. Generalnie przy porażeniach prądem występują lepsze niż przy prądzie
zmiennym warunki do samouwolnienia, a także przy prądzie stałym przy czasach rażenia
większych niż 1 okres pracy serca (0,75 s) wartość progowa prądu, przy którym występuje
migotanie komór serca (fibrylacji) jest zdecydowanie większa niż przy prądzie przemiennym
o częstotliwości 50Hz.
Wynika z powyższego, że prąd stały jest bezpieczniejszy. Jednak mimo to nie wolno
bagatelizować zagrożenia porażeniem prądem stałym, ponieważ tak jak już to było
wspomniane każdy przepływ prądu wywołuje zmiany w organizmie, które mogą mieć
szkodliwe skutki.
Skutki rażenia prądem stałym także można sklasyfikować za pomocą obszarów zawartych
między krzywymi, pokazuje to rys. 34. Szczegółowo zostanie on omówiony w dalszej
części.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 34. Strefy (obszary) reakcji organizmu ludzkiego przy przepływie prądu stałego

– prąd rażeniowy, t

– czas przepływu prądu rażeniowego [3, s. 51].

W przypadku prądu zmiennego o częstotliwości 50Hz, po przekroczeniu granicy

percepcji, osoba badana przez cały czas czuje łaskotanie i mrowienie, mimo że natężenie
prądu nie ulega dalszej zmianie. Natomiast przy prądzie stałym, mimo stałego zwiększania
natężenia prądu, osoba badana nie odczuwa, że granica percepcji – krzywa a, wynosząca
2mA, została osiągnięta i przekroczona.
Osiągnięcie i przekroczenie tej granicy zostaje stwierdzony przez osobę badaną dopiero
wtedy, kiedy prąd rażenia o tym natężeniu zostanie nagle wyłączony i załączony ponownie.
Stałemu przepływowi przez ciało prądu stałego na poziomie wyższym niż prąd percepcji nie
towarzyszą żadne, odczuwalne zmysłami, reakcje. Tak samo jest z progową wartość prądu
samouwolnienia (wynosi około 30 mA – krzywa b), jest możliwa do ustalenia tylko w chwili
załączania i wyłączania prądu stałego. Osoba odczuwa wtedy bolesne kurczowe reakcje
mięśni. Przy wstrząsach (załączanie i wyłączanie prądu) o natężeniu prądu większym niż 30
mA, które trwają od kilku sekund do kilku minut, pokonanie występujących kurczów
mięśni staje się niemożliwe lub tylko prawdopodobne.

Wartość prądu fibrylacji przy rażeniu prądem stałym zależy zarówno od kondycji

psychofizycznej człowieka, a także od natężenia prądu, czasu rażenia i drogi rażenia. Uważa
się, że migotanie komór serca jest podstawową przyczyną zgonów podczas porażeń prądem.
Próg migotania komór serca jest dla prądów zstępujących około dwukrotnie wyższy niż dla
prądów wstępujących.

Prądem zstępującym nazywa się prąd stały, który płynie przez ciało w kierunku stóp,

które mają wówczas potencjał ujemny.

Prądem wstępującym nazywa się prąd stały, który płynie przez ciało od stóp w górę.

Stopy mają wówczas potencjał dodatni.

Należy pamiętać, że reakcje organizmu i odczucia przy przepływie prądu są

indywidualne, zależne od danego organizmu i stanu psychofizycznego. Zależą także od
czasu rażenia i wartości prądu rażenia, pokazuje to wykres na rys. 29, gdzie
w poszczególnych obszarach występują następujące reakcje i odczucia:
OBSZAR 1 (między początkiem układu współrzędnych i krzywą a)
Nie występują żadne, odczuwalne czuciowo, reakcje organizmu.
OBSZAR 2 (między krzywymi a i b)
Nie występują szkodliwe skutki przepływu prądu.
OBSZAR 3 (między krzywymi b i c)
Nie występują urazy organiczne, natomiast w miarę wzrostu wartości prądu i czasu
rażenia dochodzi do odwracalnych zakłóceń w generacji i przewodnictwie impulsów
w obrębie mięśnia sercowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

OBSZAR 4 (powyżej krzywej c)
Oprócz nasilenia zjawisk patofizjologicznych, które wystąpiły w obszarze 3,
dodatkowo dochodzi prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór serca, możliwość
powstania oparzeń i utraty przytomności.

Reguły bezpieczeństwa przy użytkowaniu instalacji i urządzeń elektrycznych

Poniżej zostaną przedstawione reguły, których przestrzeganie powinno zminimalizować

ryzyko porażeniem prądem elektrycznym.
1. Przed użyciem dowolnego sprzętu, urządzeń elektrycznych zawsze należy sprawdzić czy

jego stan zewnętrzny nie budzi zastrzeżeń – nie wolno używać sprzętu, którego obudowa,
przewody zasilające są uszkodzone.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:
–

przed załączeniem sprzętu pod napięcie zawsze należy najpierw sprawdzić czy
konstrukcja wtyczki tego sprzętu jest dostosowana do rozwiązania gniazda wtykowego;

–

należy zawsze dbać o stan przewodów i przedłużaczy sprzętu elektrycznego, min.
należy chronić ich powierzchnie przed uszkodzeniem przez ostre przedmioty, silne

źródła ciepła lub żrące substancje.

2. Należy obsługiwać tylko te wyłączniki, gniazda, bezpieczniki topikowe itd., które

wytwórca sprzętu lub wykonawca instalacji przeznaczył do ogólnego użytku.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:

−

przy wyjmowaniu wtyczki z gniazda należy zawsze uchwycić i ciągnąć za wtyczkę,
nigdy za przewód zasilający;

−

po wykorzystaniu sprzętu należy go wyłączyć wyłącznikiem i dodatkowo wyjąć
z gniazda wtyczkę przewodu zasilającego;

−

jeżeli przepali się wkładka topikowa bezpiecznika, to można ją zastąpić sprawną
wkładką, lecz zawsze o takim samym prądzie znamionowym jak poprzednia;

−

nie wolno zbliżać się i dotykać gołych przewodów pod napięciem.

3. Nigdy nie wolno używać zawilgoconego sprzętu elektrycznego i urządzeń

elektrycznych. Nie należy obsługiwać również sprzętu elektrycznego wówczas, gdy
ręce lub nogi są mokre.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:
–

nie należy polewać wodą urządzeń elektrycznych;

–

nie należy używać sprzętu elektrycznego podczas deszczu lub gdy przewód zasilający
leży w wodzie.

4. W razie zauważenia objawów uszkodzenia sprzętu elektrycznego należy natychmiast

wyłączyć go spod napięcia. Następnie wykonać tylko te czynności, które są dobrze
znane i opanowane.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:

−

należy wykonywać tylko proste czynności, jak np. wymianę przepalonej żarówki lub
wymianę uszkodzonej wkładki bezpiecznikowej;

−

jeżeli po wymianie wkładka bezpiecznikowa znowu się przepali, to nie wolno zamieniać
jej ponownie ani zastępować wkładką o większym prądzie nominalnym, tylko należy
zasięgnąć porady fachowca elektryka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Podczas pracy należy zgłaszać wszelkie nienaturalne objawy pracy urządzeń

elektrycznych, instalacji elektrycznych oraz elektronarzędzi odpowiednim osobom
odpowiedzialnym za ich stan techniczny.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:

−

nie wolno używać uszkodzonego sprzętu przed naprawą, także nie należy pozwolić
innym osobom go używać, jeżeli stwierdzone zostaną następujące objawy: iskrzenie
na dowolnej części sprzętu lub/i przewodów zasilających, wydobywanie się dymu ze
sprzętu lub przewodów zasilających, anormalne nagrzanie się silnika elektrycznego,
przewodów, kabli i aparatury łączeniowej;

−

nie wolno zbliżać się do przewodu, który spadł ze słupa i leży na ziemi, także nie
pozwalać, aby robiły to inne osoby.

6. Osobom nie posiadającym odpowiednich kwalifikacji nie wolno wykonywać

naprawy sprzętu elektrycznego i urządzeń elektrycznych, nie wolno im
majsterkować przy tego typu sprzęcie.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że:
–

tylko fachowcy elektrycy są uprawnieni do przeglądów sprzętu elektrycznego;

–

tylko wyłączony spod napięcia sprzęt elektryczny jest gwarantem bezpieczeństwa.
Jeżeli w szczególnym przypadku musimy sprawdzić brak napięcia, to należy użyć do tego
celu wyłącznie przepisowych wskaźników napięcia. Nigdy nie wolno stosować „lampy
probierczej"(„neonówki”);

–

należy unikać wykonywania samemu prowizorycznych napraw sprzętu,. Nie wolno
naprawiać uszkodzonej izolacji przewodu zasilającego sprzęt, lecz należy wymienić go na
nowy;

7. Przed użyciem przenośnych elektrycznych narzędzi, urządzeń najpierw należy

sprawdzić, czy nadają się one do pracy w środowisku, w którym zamierza się je
zastosować. Również należy pamiętać o stosowaniu reguł bezpieczeństwa pracy,
odpowiednich do danego środowiska.

Powyższa reguła dotyczy przede wszystkim wykonywania pracy przy użyciu sprzętu
elektrycznego w utrudnionych warunkach. Do warunków takich zaliczają się: wysokie lub
niskie temperatury otoczenia, praca w środowisku nasyconym środkami chemicznymi, jak
również praca w pomieszczeniach zagrożonych pożarem lub wybuchem.
Dlatego też:

−

w zbiornikach, kotłach, rurociągach i innych pomieszczeniach wykonanych
z materiałów przewodzących można stosować lampy oraz inny elektryczny sprzęt
przenośny, tylko pod warunkiem przestrzegania w takich pomieszczeniach specjalnych
wymagań, określonych w przepisach ochrony przeciwporażeniowej;

−

elektryczny sprzęt przenośny, który np. spadł z wysokości lub został zawilgocony należy
niezwłocznie przekazać do fachowego przeglądu.

8. Nigdy nie wolno zdejmować obudowy sprzętu elektrycznego ani umożliwiać dostępu

do wnętrza pomieszczeń elektrycznych.

Dodatkowo zawsze pamiętać należy, że nie wolno:

−

otwierać skrzynek rozdzielczych, przyłączowych i zaciskowych, a także nie wolno
usuwać elementów służących do ochrony przeciwporażeniowej;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

otwierać drzwi do pomieszczeń elektrycznych, np. do rozdzielni, stanowisk
probierczych, pomieszczeń transformatorów itp.;

−

zbliżać się do urządzeń elektrycznych ani przekraczać odległości dopuszczonych
aktualnymi przepisami.

9. Dowolne prace nieelektryczne w pobliżu czynnych urządzeń elektrycznych wolno

wykonywać tylko pod nadzorem fachowca elektryka lub po wysłuchaniu jego
instrukcji.

Powyższa reguła odnosi się do następujących prac: układanie posadzki w komorze

transformatorowej, malowanie konstrukcji wsporczych linii i rozdzielni napowietrznych,
malowanie wnętrz rozdzielni wnętrzowych, wycinania gałęzi wzdłuż trasy linii
napowietrznych. Podczas pożaru rozdzielni elektrycznych dowolnego rodzaju trzeba
stosować się ściśle do zaleceń personelu technicznego. Do gaszenia pożaru należy używać
wyłącznie środków wskazanych przez ten personel.

10. Przed rozpoczęciem dowolnej pracy w pobliżu przyłączy domowych, linii

napowietrznych i kablowych trzeba pamiętać o przestrzeganiu reguł bezpieczeństwa
pracy.

Przed rozpoczęciem pracy należy uzyskać od właściciela wyżej wymienionych urządzeń
elektrycznych informacje, jakie zalecenia bezpieczeństwa obowiązują podczas pracy, którą
chcesz wykonać w pobliżu czynnych przyłączy domowych oraz linii napowietrznych
i kablowych.
Uzyskanie od właściciela instalacji elektroenergetycznych dodatkowych informacji jest
wymagane w przypadku wykonywania w ich pobliżu następujących prac i czynności:

−

robót transportowych, pomiarów geodezyjnych i montażu anten TV w pobliżu linii
napowietrznych;

−

rozpylania nawozów, herbicydów i środków owadobójczych na uprawach w pobliżu
linii napowietrznych;

−

remontów fasad domów, wzdłuż których prowadzone są na wysięgnikach przewody
elektryczne lub znajdują się napowietrzne przyłącza energii elektrycznej;

−

dowolnych prac ziemnych w pobliżu tras kabli elektroenergetycznych.

Postępowanie w przypadku porażenia prądem elektrycznym

Porażenie prądem elektrycznym człowieka charakteryzuje się dużą różnorodnością

objawów i zagrożeń życia, np. zatrzymanie krążenia krwi i oddychania, oparzania, złamania
itd. Tylko przeprowadzona szybko i prawidłowo akcja ratownicza decyduje o powodzeniu
i zabezpiecza przed ponownymi urazami.
W przypadku porażenia człowieka prądem elektrycznym należy w następującej kolejności:

1) Uwolnić porażonego spod działania prądu elektrycznego,
a następnie przenieść poszkodowanego z miejsca zagrożonego w bezpieczne, gdzie można
ocenić jego stan i zastosować zabiegi reanimacyjne. W przypadku stwierdzenia oparzeń
termicznych należy odizolować poszkodowanego od źródła oparzenia, a tlącą się odzież
ugasić przez polewanie wody, zawinięcie w mokry koc , prześcieradło itp.

Uwalnianie porażonego spod działania prądu elektrycznego w przypadku napięć nie

przekraczających 1 kV może być wykonane w następujący sposób:

−

przez wyłączenie napięcia obwodu elektrycznego, na którym doszło do porażenia;

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

przez odciągnięcie porażonego od urządzeń lub instalacji, na których nastąpiło jego
porażenie;

−

przez odizolowanie porażonego w celu przerwania przepływu prądu przez jego ciało,
bez uprzedniego wyłączenia napięcia.

Sposób 1 – jest najbardziej skuteczny i zalecany, tzn. wyłączenie napięcia za pomocą
otwarcia wyłącznika od strony zasilania – najpierw należy jednak sprawdzić czy uchwyt
izolowany wyłącznika nie jest uszkodzony. Można również przerwać dopływ prądu
wykręcając bezpieczniki z obwodu, w którym nastąpił wypadek. Należy przed tym
sprawdzić, czy główka izolacyjna nie jest uszkodzona. Jeżeli obwód rażenia jest zasilany
przez bezpieczniki mocy, to wolno je wyjąć tylko za pomocą specjalnych kleszczy
wykonanych z materiału izolacyjnego.
Radykalnym, lecz w pewnych warunkach niebezpiecznym sposobem przerwania przepływu
prądu jest przecięcie przewodów od strony zasilania za pomocą specjalnych urządzeń
o izolowanych rękojeściach, wyposażonych w osłony przeciwłukowe. Jednak tego sposobu nie
wolno stosować w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem oraz w kanałach i tunelach
kablowych.

W nagłych wypadkach, gdy w pobliżu nie ma odpowiednich urządzeń, przewód

zasilający można przeciąć za pomocą siekiery lub łopaty o suchym drewnianym uchwycie.
Oprócz wymienionych ograniczeń, sposób ten można jednak stosować tylko do przecinania
przewodów

zasilających

silniki

elektryczne

pojedynczych

maszyn

budowlanych

i przemysłowych, przewodów przyłączy domowych, ogólnie mówiąc – tylko takich
obwodów, które są zabezpieczone bezpiecznikami o prądzie znamionowym do 50 A.

Sposób 2 – odciągnięcie porażonego od urządzeń elektrycznych, na których doszło do
wypadku może mieć miejsce dopiero po stwierdzeniu, że wyłączenie napięcia jest
niemożliwe lub trwałoby za długo.
Podczas odciągania porażonego spod działania napięcia nie wolno zapomnieć
o bezwzględnym zakazie dotykania gołymi rękami tych części ciała porażonego, które nie
są odziane.
Porażonego można odciągnąć chwytając go, a następnie ciągnąc za luźne części jego odzieży,
lub też odsuwając go spod napięcia przy użyciu dowolnego przedmiotu wykonanego
z tworzywa izolacyjnego, np. suchej deski, drewnianego styliska (rękojeści) łopaty itp.
Im lepiej ratownik jest odizolowany od potencjału ziemi, tym skuteczniej jest chroniony
przed porażeniem podczas ratowania porażonego przez odciąganie.

Sposób 3 – ma tylko teoretyczne znaczenie i nie jest stosowany w praktyce ratowniczej.
Polega on na podsuwaniu materiałów izolacyjnych pod nogi lub pod palce porażonego,
w zależności od drogi rażenia. Jeżeli przepływ prądu ma miejsce na drodze ręce-stopy, to
materiał izolacyjny podsuwa się pod nogi porażonego. Przy rażeniu na drodze ręka-ręka
należy materiał izolacyjny podłożyć pod kolejno odginane palce osoby porażonej. Ten
sposób jest bardzo niebezpieczny dla ratownika nawet wtedy, kiedy stosuje on pomocniczy
sprzęt dielektryczny. Lepiej i bezpieczniej jest przecież szarpnąć za rękaw bluzy
porażonego i oderwać w ten sposób jedną z jego rąk od części będących pod napięciem niż
mozolnie odginać każdy palec porażonego, tracąc czas, który może decydować o jego
przeżyciu.

2) Ocenić zagrożenie życia,
w zależności od stwierdzonych zagrożeń należy przystąpić do następnej czynności

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) Przystąpić do reanimacji (resuscytacji),
sposób postępowania reanimacyjnego przedstawia rys. 34.

Rys. 35. Postępowanie reanimacyjne.

Na reanimację często się mówi resuscytacja, natomiast na akcję reanimacyjną akcja

resuscytacyjna (rys. 36). Dzięki akcji resuscytacyjnej zwiększamy szansę przeżycia
poszkodowanego do czasu przybycia wyspecjalizowanego personelu medycznego.
W przypadku zatrzymania oddychania i krążenia bardzo liczy się czas i natychmiastowe
rozpoczęcie odpowiednich czynności.
Do resuscytacji należą udrożnienie dróg oddechowych, sztuczne oddychanie oraz zewnętrzny
masaż serca.
W trakcie pełnej akcji reanimacyjnej na każde dwa wdechy powinno przypadać 15 uciśnięć
mostka.
Oddech i tętno powinno się kontrolować po każdych 4 cyklach.
Objawami wskazującymi na skuteczność resuscytacji są:

−

zaróżowienie się skóry,

−

powrót akcji serca,

−

zwężenie uprzednio rozszerzonych źrenic,

−

powrót spontanicznego oddechu.

Akcję resuscytacyjną należy kontynuować do czasu przybycia personelu ratowniczego lub do
momentu odzyskania przez ratowanego czynności życiowych.

Rys. 36. Resuscytacja.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sztuczne oddychanie (rys. 37):
Najpierw należy udrożnić drogi oddechowe poprzez usunięcie ewentualnych ciał obcych,
protez zębowych, wymiocin lub pokarmu z jamy ustnej. Następnie należy wykonać
odchylenie do tyłu głowy poszkodowanego. Jedną rękę układamy na czole i ostrożnie
odchylamy głowę do tyłu jednocześnie pociągając drugą ręką podbródek ku górze. Aby
zachować tę pozycję należy podłożyć poduszkę lub zwinięty koc pod barki.
Przy podejrzeniu uszkodzenia kręgosłupa szyjnego w wypadku komunikacyjnym należy
zrezygnować z odchylenia głowy!
Istnieją dwie metody sztucznego oddychania:

−

usta-usta: jedna ręka oparta o czoło za pomocą kciuka o palca wskazującego szczelnie
zaciska nos, ratujący przyciska swe szeroko otwarte usta do rozchylonych ust ratowanego
i robi wydech,

−

usta-nos: jedna ręka przytrzymuje żuchwę zamykając szczelnie usta ratowanego, ratujący
szeroko otwartymi ustami obejmuje szczelnie nos ratowanego i wydycha powietrze
z płuc.

Częstość oddychania powinna wynosić około 10-12 wydechów na minutę. Powietrze należy
wydychać spokojnie, następnie wycofać swoją głowę od ratowanego obserwując ruchy klatki
piersiowej.

Rys. 37. Sposób wykonania sztucznego oddychania.

Masaż serca (rys. 38) należy wykonać następująco:
Najpierw trzeba ułożyć poszkodowanego na płaskim, twardym podłożu. Następnie ułożyć
jeden nadgarstek na jednej trzeciej dolnej mostka. Drugi nadgarstek układamy na pierwszym
splatając bądź unosząc palce obu rąk, aby nie spowodować dodatkowych obrażeń żeber.
Wykonujemy ucisk na głębokość 3-5cm, używając ciężaru swojego tułowia wyprostowanymi
ramionami z barkami pionowo nad mostkiem. Następna faza rozluźnienia polega na zdjęciu
ciężaru z mostka bez odrywania nadgarstka z miejsca ucisku, dzięki czemu klatka piersiowa
wraca do pozycji wyjściowej.
Częstość uciskania mostka powinna wynosić w miarę możliwości 80-100 uciśnięć na minutę.
W trakcie prowadzenia zewnętrznego masażu serca może dojść do złamań żeber i mostka, co
nie jest powodem do przerwania masażu serca.

Rys. 38. Masaż serca.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pozycja bezpieczna (rys. 39), czyli boczna ustalona jest stosowana w celu zabezpieczenia
nieprzytomnego poszkodowanego z zachowanymi czynnościami życiowymi (oddychania
i krążenie) do czasu przybycia lekarza.

Aby ułożyć poszkodowanego w pozycji bocznej ustalonej:

−

zegnij bliższą nogę w stawie kolanowym, wsuwając jej stopę pod kolano drugiej nogi,

−

bliższą rękę ułóż wzdłuż ciała poszkodowanego wsuwając dłoń pod pośladek, częścią
grzbietową ku górze,

−

drugą rękę zegnij w stawie łokciowym i połóż na piersi poszkodowanego, tak aby dłoń
spoczywała pomiędzy szyją a barkiem strony przeciwnej,

−

przewróć poszkodowanego na swoją stronę jedną ręką ciągnąc za biodro, a drugą
asekurując za głowę,

−

kończynę górną, którą uprzednio włożyłeś pod pośladek wyciągnij za ramię do tyłu,

−

odchyl głowę poszkodowanego do tyłu i zabezpiecz ją drugą ręką,

−

nie zapomnij o konieczności kontrolowania czynności życiowych poszkodowanego.

Rys. 39. Pozycja boczna bezpieczna.

4) Opatrzenie krwawień, krwotoków i złamań.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jaka jest wartość prądu odczuwania (percepcji) przy przepływie prądu stałego przez

organizm?

2. Jaka jest wielkość prądu samouwolnienia przy przepływie prądu stałego przez organizm?
3. Scharakteryzuj obszary, na jakie są podzielone reakcje organizmu przy przepływie prądu

stałego w zależności od jego wartości i czasu rażenia?

4. Jakie są zasady prawidłowego użytkowania instalacji i urządzeń elektrycznych?
5. W jaki sposób uwalniamy osobę spod działania prądu elektrycznego?
6. Podaj, co to jest restytucja i jak ją wykonujemy?
7. Podaj jak wykonujemy sztuczne oddychanie i masaż serca?
8. Podaj jak układamy poszkodowanego w pozycji bocznej bezpiecznej?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podaj sposób postępowania w przypadku wystąpienia następującej sytuacji:

Zespół czteroosobowy wykonuje ćwiczenie laboratoryjne. W trakcie wykonywania jeden
z uczniów uległ porażeniu elektrycznemu. Prąd rażeniowy jest na tyle duży, że uczeń
porażony nie może się uwolnić spod działania prądu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) wypisać w punktach czynności, które powinni wykonać pozostali uczniowie, w wyniku

zaistniałej sytuacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Człowiek został porażony, ponieważ źle zostało dobrane zabezpieczenie obwodu

elektrycznego. W wyniku, czego płynął przez niego prąd rażeniowy o wartości 50mA.
Poszkodowany został uwolniony po około 3s. Podaj, jakie skutki w organizmie i odczucia
wystąpią w wyniku tego zdarzenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) skorzystać z wykresu oraz wiadomości zawartych w pkt. 4.6.1.,
2) odczytać z wykresu obszar dla prądu i czasu rażenia podanego w treści ćwiczenia, należy

wyszukać z tekstu rozdziału wyszukać skutki i objawy przy takim porażeniu.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia, zeszyt, przybory do pisania.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zdefiniować pojęcia prąd rażeniowy, prąd samouwolnienia, prąd fibrylacji?



2) podać wartości prądu samouwolnienia?



3) określić reakcje organizmu i odczucia w zależności od wartości prądu

rażeniowego?



4) podać na podstawie wykresu (rys. 34) w jakim obszarze zagrożenia jest

człowiek dla określonego prądu rażenia i czasu, oraz określić dla danego
obszaru reakcje organizmu i jego odczucia?



5) podać zasady bezpiecznego użytkowania instalacji i urządzeń elektrycznych?



6) podać sposób postępowania w przypadku porażenia człowieka prądem

elektrycznym?



7) podać sposób wykonania restytucji?



8) podać sposób wykonania sztucznego oddychania?



9) podać sposób wykonania masażu serca?



10) podać sposób ułożenia poszkodowanego w pozycji bocznej bezpiecznej?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi.
4. Test składa się z 20 zadań.
5. Za każde poprawnie rozwiązane zadanie uzyskasz 1 punkt.
6. Dla każdego zadania podane są cztery możliwe odpowiedzi: A, B, C, D.
7. Tylko jedna odpowiedź jest poprawna.
8. Wybraną odpowiedz zaznacz X.
9. Staraj się wyraźnie zaznaczać odpowiedzi. Jeżeli się pomylisz i błędnie zaznaczysz

odpowiedź, otocz ją kółkiem i zaznacz odpowiedź, którą uważasz za prawdziwą.

10. Przed wykonaniem każdego zadania przeczytaj bardzo uważnie polecenie.
11. Czas na rozwiązanie testu- 60 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Dla układu przedstawionego na rysunku prawidłowe jest równanie:

a) U = U

+ U

b) U = U

+ U

- U

c) U = U

+ U

- U

d) U = U

- U

+ U

2. W obwodzie prądu stałego jak na rysunku zmierzono wartości napięć: U

= 1000 mV,

= 2,0 V. Prąd I wynosi:

a) 2,0 A.
b) 0,02 A.
c) 200 mA.
d) 2000 mA.

3. Które z niżej wymienionych praw elektrotechniki zastosujesz do wyjaśnienia zjawiska

odpychania się naelektryzowanych ciał?
a) Ohma.
b) Kirchhoffa- prądowe.
c) Kirchhoffa- napięciowe.
d) Coulomba.

4. W obwodzie elektrycznym przedstawionym na rysunku podane są: U = 230V, P

= 60W,

= 40W, P

= 10W. Jaki prąd pobiera układ ze źródła zasilania?

a) 1,00A.
b) 0,25A.
c) 1,25A.
d) 0,478A.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Wartość napięcia wskazywanego przez woltomierz V wynosi:

a) 4[V].
b) 5[V].
c) 7[V].
d) 12[V].

6. Między które punkty obwodu należy wpiąć woltomierz, aby wskazać napięcie na

rezystorze R

a) b-e.
b) b-d.
c) c-d.
d) a-f.

7. Na którym z rysunków sposób włączenia amperomierza jest prawidłowy?

8. Wartość napięcia wskazywanego przez woltomierz V wynosi 1,4[V], a natężenie prądu

wskazywanego przez amperomierz 0,2 [A]. E = 1,5[V]. Jaką wartość ma rezystancja
wewnętrzna źródła R

a) 0,1[Ω].
b) 0,2[Ω].
c) 0,5[Ω].
d) 1[Ω].

9. Trzy rezystory o rezystancjach: 10 kΩ, 8000 Ω, oraz 0,012 MΩ są połączone szeregowo.

Jaka jest wartość rezystancji zastępczej?
a) 30000 Ω.
b) 281 kΩ.
c) 0,3 MΩ.
d) 18,012 MΩ.

10. Trzy jednakowe rezystory o rezystancjach 10 kΩ każdy połączone są równolegle. Jaka

jest przybliżona wartość rezystancji zastępczej?
a) 3,3 kΩ.
b) 0,010 MΩ.
c) 30000 Ω.
d) 1,0 MΩ.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11. Wzór na moc prądu stałego to:

⋅

12. Odbiornik o rezystancji 100Ω zasilany jest napięciem 20V. Moc wydzielona to:

a) 1W.
b) 40W.
c) 0,4W.
d) 4W.

13. Idealne źródło prądu stałego to takie, w którym:

a) napięcie jest stałe.
b) prąd i napięcie jest stały.
c) napięcie jest stałe a prąd się zmienia wraz ze zmianą obciążenia.
d) prąd jest stały a napięcie się zmienia wraz ze zmianą obciążenia.

14. Rzeczywiste źródło napięcia stałego to takie, które:

a) utrzymuje napięcie na odbiorniku mimo zmian obciążenia.
b) wewnątrz posiada opór zwany rezystancją wewnętrzną.
c) zbudowane jest z transformatora i prostownika.
d) zbudowane jest z transformatora, prostownika, stabilizatora oraz filtrów.

15. Ogniwo paliwowe należy do grupy źródeł:

chemicznych.

piezoelektrycznych.

elektromechanicznych.

cieplnych.

16. Monter uległ porażeniu prądem elektrycznym. Co powinna w pierwszej kolejności

uczynić osoba będąca świadkiem zdarzenia?
a) rozpoznać stan porażonego.
b) zastosować sztuczne oddychanie.
c) wyłączyć źródło zasilania, które spowodowało porażenie.
d) wezwać lekarza.

17. Prąd, samouwolnienia to prąd, przy którym:

a) człowiek jest jeszcze w stanie pokonać skurcz mięśni.
b) człowiek odczuwa jego przepływ.
c) występuje migotanie komór serca.
d) występuje fibrylacja.

18. Wartość prądu samouwolnienia przyjmuje się na:

a) 1mA.
b) 10mA.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

c) 3mA.
d) 30mA.

19. Trzy żarówki są zasilane napięciem 12V. Połączone są równolegle. Mają następujące

moce 10W, 5W, 9W. Jaką wartość prądu wskaże amperomierz, na wejściu układu?
a) 2A.
b) 0,2A.
c) 20A.
d) 200mA.

20. W watomierzu gwiazdka lub kropka koło zacisku oznacza:

a) koniec uzwojeń napięciowego i prądowego.
b) początek uzwojeń napięciowego i prądowego.
c) minus.
d) plus.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………..…..

Wykonywanie badań i pomiarów obwodów prądu stałego

Zaznacz poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

1. Buehl R., Majka A., Saferna J., Sakiel S., Strużyna J.: Porażenia i oparzenia prądem

i łukiem elektrycznym. Etiologia i pomoc przedlekarska. WNT, Warszawa 1993

2. Chochowski A.: Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla elektryków. Cz. 1, 2. WSiP,

Warszawa 2002

3. Kurdziel R: Podstawy elektrotechniki dla szkoły zasadniczej. Cz. 1, 2. WSiP, Warszawa

1999

4. Nowicki J.: Podstawy elektrotechniki i elektroniki dla zasadniczych szkół nieelektrycznych.

WSiP, Warszawa 1999.

5. Pilarski M.: Pracownia elektryczna.WSiP, W-wa 1998.
6. Katalog podzespołów i elementów firmy ELFA.