„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Tomasz Madej

Zastosowanie elektrotechniki i elektroniki w sprzęcie
optycznym 731[04].O1.06

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
dr inż. Anna Kordowicz-Sot
mgr inż. Zbigniew Pilat



Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Tomasz Madej



Konsultacja:
inż. Teresa Piotrowska












Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 731[04].O1.06
„Zastosowanie elektrotechniki i elektroniki w sprzęcie optycznym”, zawartego w programie
nauczania dla zawodu optyk-mechanik.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2008

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1.

Wprowadzenie

4

2.

Wymagania wstępne

5

3.

Cele kształcenia

6

4.

Materiał nauczania

7

4.1.

Elektryczne własności materii

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

8

4.1.3. Ćwiczenia

9

4.1.4. Sprawdzian postępów

9

4.2.

Obwody prądu stałego

10

4.2.1. Materiał nauczania

10

4.2.2. Pytania sprawdzające

19

4.2.3. Ćwiczenia

19

4.2.4. Sprawdzian postępów

25

4.3.

Ogniwa i akumulatory

26

4.3.1. Materiał nauczania

26

4.3.2. Pytania sprawdzające

28

4.3.3. Ćwiczenia

28

4.3.4. Sprawdzian postępów

29

4.4.

Maszyny elektryczne

30

4.4.1. Materiał nauczania

30

4.4.2. Pytania sprawdzające

34

4.4.3. Ćwiczenia

34

4.4.4. Sprawdzian postępów

36

4.5.

Elektryczne źródła ciepła

37

4.5.1. Materiał nauczania

37

4.5.2. Pytania sprawdzające

39

4.5.3. Ćwiczenia

39

4.5.4. Sprawdzian postępów

40

4.6.

Elektryczne źródła światła

41

4.6.1. Materiał nauczania

41

4.6.2. Pytania sprawdzające

44

4.6.3. Ćwiczenia

44

4.6.4. Sprawdzian postępów

45

4.7.

Instalacje elektryczne

46

4.7.1. Materiał nauczania

46

4.7.2. Pytania sprawdzające

49

4.7.3. Ćwiczenia

49

4.7.4. Sprawdzian postępów

50

4.8.

Miernictwo elektryczne

51

4.8.1 Materiał nauczania

51

4.8.2. Pytania sprawdzające

54

4.8.3. Ćwiczenia

54

4.8.4. Sprawdzian postępów

59

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

4.9.

Zasady bezpiecznej eksploatacji urządzeń elektrycznych

60

4.9.1. Materiał nauczania

60

4.9.2. Pytania sprawdzające

64

4.9.3. Ćwiczenia

64

4.9.4. Sprawdzian postępów

65

4.10.

Podstawowe pojęcia z elektroniki, wykorzystanie elektroniki w przemyśle
optycznym

66

4.10.1. Materiał nauczania

66

4.10.2. Pytania sprawdzające

68

4.10.3. Ćwiczenia

69

4.10.4. Sprawdzian postępów

71

4.11.

Automatyka na usługach przemysłu optycznego

72

4.11.1. Materiał nauczania

72

4.11.2. Pytania sprawdzające

74

4.11.3. Ćwiczenia

74

4.11.4.

Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

75
76
81

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej zastosowania

elektrotechniki i elektroniki w sprzęcie optycznym i kształtowaniu umiejętności montowania
podstawowych układów elektrycznych i elektronicznych. W poradniku znajdziesz:
–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

–

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi opanowanie
materiału całej jednostki modułowej,

–

literaturę uzupełniającą.

Schemat układu jednostek modułowych

731[04].O1.01

Stosowanie zasad

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpożarowej oraz

ochrony środowiska

731[04].O1

Podstawy techniczne zawodu

731[04].O1.04

Wykonywanie

podstawowych pomiarów

warsztatowych

731[04].O1.02

Określanie właściwości

materiałów stosowanych

w przemyśle optycznym

i precyzyjnym

731[04].O1.05

Wykonywanie podstawowych prac

z zakresu ręcznej i mechanicznej

obróbki materiałów

731[04].O1.06

Zastosowanie

elektrotechniki i elektroniki

w sprzęcie optycznym

731[04].O1.03

Posługiwanie się

dokumentacją

techniczną

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

korzystać z podstawowych praw elektroniki i elektrotechniki,

−

rozpoznawać zagrożenia związane z wykonywaną pracą oraz przeciwdziałać im,

−

organizować bezpieczne i ergonomiczne stanowisko pracy,

−

dobierać i stosować odzież ochronną i środki ochrony osobistej stosownie do potrzeb,

−

wyjaśniać skutki działania prądu elektrycznego na organizm ludzki,

−

stosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy podczas montażu i naprawy sprzętu
optycznego i optoelektronicznego oraz pracy z urządzeniami elektronicznymi,

−

stosować zasady bezpieczeństwa podczas obsługi maszyn i użytkowania urządzeń
technicznych,

−

oceniać pod względem bezpieczeństwa stan narzędzi, przyrządów i urządzeń
stosowanych w pracy,

−

udzielać pierwszej pomocy poszkodowanym w wypadkach zgodnie z procedurami,

−

reagować w przypadku zagrożenia pożarowego zgodnie z zasadami ochrony
przeciwpożarowej,

−

stosować podręczny sprzęt oraz środki gaśnicze zgodnie z instrukcją przeciwpożarową,

−

posługiwać się dokumentacją technologiczną, instrukcjami obsługi i eksploatacji
urządzeń i przyrządów optyczno-mechanicznych.

−

klasyfikować przyrządy pomiarowe i sprawdzające,

−

stosować zasady ochrony środowiska,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

obsługiwać komputer,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróżnić wielkości elektryczne i ich jednostki miar,

−

scharakteryzować

podstawowe

zjawiska

zachodzące

w

polu

elektrycznym,

magnetycznym i elektromagnetycznym,

−

zastosować prawo Ohma i prawa Kirchhoffa do obliczania prostych obwodów prądu
stałego,

−

rozróżnić

materiały

przewodzące,

półprzewodzące,

izolacyjne,

magnetyczne,

konstrukcyjne oraz wskazać ich zastosowanie,

−

rozróżnić źródła i rodzaje prądu elektrycznego,

−

rozróżnić podstawowe elementy obwodu elektrycznego,

−

odczytać symbole na schematach elektrycznych i elektronicznych w zakresie
podstawowym,

−

określić funkcje podstawowych elementów i układów stosowanych w elektrotechnice
i elektronice,

−

wykonać obliczenia prostych obwodów prądu stałego i przemiennego,

−

rozróżnić podstawowe maszyny prądu stałego i przemiennego, określić zasadę ich
działania,

−

wyjaśnić budowę i działanie prostych mierników elektrycznych,

−

dokonać pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych,

−

określić zasady konserwacji, eksploatacji maszyn i urządzeń elektrycznych
w podstawowym zakresie,

−

scharakteryzować zastosowanie optoelektroniki,

−

posłużyć się specjalistycznym programem komputerowym,

−

zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej
podczas wykonywania pomiarów w układach elektrycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4.

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Elektryczne własności materii

4.1.1. Materiał nauczania

Pod względem elektrycznych właściwości materiały dzielimy na:

−

przewodniki,

−

dielektryki (izolatory),

−

półprzewodniki.
Przewodniki metaliczne mają budowę krystaliczną. W węzłach siatki tworzącej sieć

krystaliczną metalu znajdują się dodatnio naładowane jony atomów, wykonujące ruchy
drgające wokół położeń równowagi.

W atomach elektrony najbardziej oddalone od jądra nazywa się elektronami

walencyjnymi. W metalach elektrony walencyjne, zwane są elektronami swobodnymi,
ponieważ mogą się przemieszczać od jednego węzła siatki krystalicznej do następnego
w całej objętości przewodnika. Pozostałe elektrony należą do tak zwanej chmury
elektronowej otaczającej jądro i są z nim związane siłami przyciągania kulombowskiego.

Ilość ładunku elektrycznego ujemnego związanego z elektronami swobodnymi

i elektronami tworzącymi chmurę elektronową jest równa, co do wartości bezwzględnej
liczbie ładunku elektrycznego, dodatniego zgromadzonemu w jądrze atomu

W normalnych warunkach, gdy metal nie oddziaływuje, liczba ładunków ujemnych jest

równa liczbie ładunków dodatnich. Mówimy, że metal jest elektrycznie obojętny.

Gdy elektron swobodny opuszcza powierzchnię metalu – emisja elektronu, ten

elektryzuje się dodatnio i pojawia się przyciągająca siła działająca na elektron, pod
działaniem, której wraca on do metalu. Elektrony swobodne nie mogą oddalać się od
powierzchni metalu, jeśli nie działa na nie siła zewnętrzna, dostarczająca im energii
umożliwiającej pokonanie oddziaływania elektrycznego i nadanie prędkości ucieczki.
Wartość energii umożliwiającej elektronowi pokonanie oddziaływania elektrycznego
i opuszczenie danego ciała nazywa się pracą wyjścia.

Praca wyjścia elektronu ma wartość zależną od rodzaju substancji.
Źródłem tej siły może być np.:

−

energia kwantu światła – fotonu padającego na metal (zjawisko fotoelektryczne
zewnętrzne),

−

energia ruchu cieplnego struktury krystalicznej metalu (termoemisja).
Roztwory soli kwasów i zasad są dobrymi przewodnikami prądu elektrycznego.

Przepływowi prądu w tych cieczach towarzyszy wydzielanie się na elektrodach ich części
składowych. Zjawisko to otrzymało nazwę elektrolizy i zostało zbadane przez M. Faradaya.

W elektrolitach nośnikami ładunku elektrycznego są cząsteczki lub atomy wykazujące

nadmiar lub niedobór elektronów, w porównaniu z cząsteczkami lub atomami obojętnymi
elektrycznie. Atomy i cząsteczki mające nadmiar ładunku dodatniego lub ujemnego nazywają
się jonami. Zjawisko rozpadu elektrycznie obojętnych cząsteczek na jony pod wpływem
rozpuszczalnika zwane jest dysocjacją elektrolityczną.

W normalnych warunkach gazy nie są dobrymi przewodnikami. Działając na gaz

różnymi czynnikami można wywołać jego jonizację. Niektóre z tych czynników to:

−

wzrost temperatury gazu,

−

promieniowanie kosmiczne,

−

promieniowanie rentgenowskie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

−

promieniowanie wysyłane przy rozpadzie jąder atomowych,

−

zderzenia cząsteczek gazu z szybko poruszającymi się nośnikami ładunków
elektrycznych.
Dostarczają one elektronom energii, która umożliwia ich oderwanie od cząsteczki.

Cząsteczki zostają wówczas jednokrotnie lub wielokrotnie zjonizowane. Z uwagi na fakt, że
w warunkach ziemskich, niektóre z wymienionych wyżej czynników, nieustannie
oddziaływają na gaz, atmosfera jest częściowo zjonizowana. Zjonizowany gaz jest bardzo
dobrym przewodnikiem. Jednym ze skutków przepływu prądu elektrycznego jest świecenie
gazu. Może to być zjawisko iskry elektrycznej, jarzenia lub wyładowania atmosferycznego.

W substancji, nośnikami ładunku elektrycznego są:

−

w ciałach stałych – elektrony i dziury,

−

w cieczach- aniony i kationy,

−

w gazach – kationy, aniony i elektrony,

−

każde naelektryzowane ciało.
Nośniki mogą zawierać ładunek elementarny lub ładunek będący wielokrotnością

ładunku elementarnego.

Dielektryki (izolatory elektryczne) to substancje zbudowane z cząsteczek lub atomów,

których elektrony walencyjne, w normalnych warunkach są trwale związane siłami
kulombowskimi z dodatnio naładowanymi centrami jądrowymi. Elektrony walencyjne
przemieszczają się, więc tylko w obrębie atomu lub cząsteczki. Ta własność sprawia, że
izolatory elektryczne zwane dielektrykami nie przewodzą prądu elektrycznego.

Podczas oddziaływań z otoczeniem elektrony walencyjne mogą uzyskać energię

wystarczającą do opuszczenia atomu lub cząsteczki.

Dobrymi dielektrykami są: porcelana, niektóre gatunki szkła i tworzyw sztucznych,

kwarc, żywice, nafta, gliceryna, gazy, próżnia i wiele innych.

Granica między przewodnikami, a dielektrykami jest w pewnym stopniu kwestią umowy,

ponieważ własności elektryczne substancji zależą od czynników zewnętrznych takich jak:

−

temperatura,

−

ciśnienie,

−

wilgotność,

−

oświetlenie,

−

inne.

4.1.2. Pytania sprawdzające

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

1.

W jaki sposób definiuje się przewodniki?

2.

W jaki sposób definiuje się półprzewodniki?

3.

W jaki sposób definiuje się dielektryki?

4.

Co jest nośnikiem ładunku elektrycznego w substancji?

5.

Od czego zależą własności elektryczne substancji?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zakwalifikuj substancje znajdujące się na stanowisku laboratoryjnym na trzy grupy:

przewodniki, półprzewodniki i dielektryki. Uzasadnij swój wybór.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać nazwy substancji,

2)

zakwalifikować substancje do trzech wymienionych grup,

3)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych własności materii,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie2

Uzupełnij poniższą tabelę.

Nazwa substancji

Przewodnik

Półprzewodnik

Dielektryk

Woda

Drewno

Guma

Miedź

Złoto

Aluminium

Wełna

Wata

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać nazwy substancji,

2)

zakwalifikować substancje do trzech wymienionych grup,

3)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych własności materii,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie przewodnika?

2)

zdefiniować pojęcie półprzewodnika?

3)

zdefiniować pojęcie dielektryka?

4)

określić co jest nośnikiem ładunku elektrycznego w substancji?

5)

wymienić od czego zależą własności elektryczne substancji?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

4.2. Obwody prądu stałego

4.2.1. Materiał nauczania

Prądem elektrycznym w znaczeniu zjawiska fizycznego nazywamy zjawisko

uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez badany przekrój poprzeczny
środowiska pod działaniem pola elektrycznego.

Rys. 1. Ilustracja zjawiska przepływu prądu elektrycznego [1, s. 13]

Prądem elektrycznym w znaczeniu wielkości skalarnej nazywamy stosunek ładunku

elektrycznego (Q,

∆

q) przenoszonego przez cząsteczki naładowane do czasu (t,

∆

t) trwania

przepływu ładunku przez dany przekrój poprzeczny środowiska, a jego wartość nazywa się
natężeniem prądu elektrycznego, czyli:

−

dla prądu stałego

Q

I

t

=

−

dla prądu zmiennego

q

i

t

=

Prąd elektryczny jest wielkością skalarną. Jednostką prądu elektrycznego jest 1 amper

(1 A = C/s). Natężenie będzie miało wartość 1 A, jeżeli w czasie 1s przez dowolny
poprzeczny przekrój przewodu przepłynie ładunek elektryczny równy 1 C.

Natężenie prądu jest wielkością podstawową, definiowaną jako stosunek ładunku

przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu, w jakim on przepłynął.

q

I

t

=

gdzie:
I – natężenie prądu (w układzie SI w amperach – A)
q – przenoszony ładunek (w układzie SI w kulombach – C)
t – czas (w układzie SI w sekundach – s)

Jeden amper odpowiada prądowi przenoszącemu w ciągu jednej sekundy ładunek

jednego kulomba.

Jeden amper, to 1 kulomb na sekundę:

1

1

C

A

s

=

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Umowny kierunek prądu przyjmuje się od bieguna dodatniego do ujemnego – tak jak

pokazuje to rysunek poniżej.

Rys. 2. Umowny kierunek przepływu prądu [1, s. 15]

Jeżeli prąd elektryczny w funkcji czasu nie ulega zmianie, to prąd taki nazywamy stałym

i oznaczamy I. Jeżeli prąd elektryczny w funkcji czasu zmienia swoją wartość (czyli jak
mówimy - natężenie prądu ulega zmianie), to prąd taki nazywamy prądem zmiennym.

Gęstością prądu elektrycznego nazywamy stosunek natężenia prądu I do przekroju

poprzecznego S przewodnika, przez który prąd płynie równomiernie. Gęstość prądu
oznaczamy przez J. Zgodnie z definicją

I

J

S

=

Jednostką gęstości prądu jest 1 amper na metr kwadratowy.
Prąd przewodzenia jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się

elektronów swobodnych lub jonów w środowisku przewodzącym, pod wpływem pola
elektrycznego.

Prąd przesunięcia jest to prąd elektryczny występujący w dielektryku, polegający na

przemieszczaniu się ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz atomu bez naruszenia
struktury atomowej materii.

Prąd unoszenia, zwany też prądem konwekcji, polega na ruchu ładunków elektrycznych

niezwiązanych z cząstkami elementarnymi środowiska, w którym te ładunki się poruszają.

Napięcie jest różnicą potencjałów między dwoma punktami obwodu (układu).

Rys. 3. Ilustracja zjawiska napięcia elektrycznego [1, s. 17]

Napięcie (podobnie jak sam potencjał) w układzie SI mierzymy w woltach (V).

1

J

V

C

=

Moc elektryczna zamieniona na moc ciepln

ą

w oporze

R

W

P

t

=

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

R

U

UI

RI

P

2

2

=

=

=

gdzie:
I – prąd płynący przez opór R [A]
U – napięcie na oporze R [V]
R – rezystancja [Ω]
W – praca [J]
Jednostką mocy (nie tylko elektrycznej) w układzie SI jest wat [W].

Prawo Ohma – napięcie U mierzone na końcach przewodnika o rezystancji T podczas

przepływu prądu I jest równe iloczynowi rezystancji i prądu.

U = IR

gdzie:
U – napięcie elektryczne [V]
R – rezystancja [Ω]
I – natężenie prądu elektrycznego [A]

S

l

S

l

ES

El

I

U

R

R

G

R

U

I

I

U

R

ρ

γ

γ

=

=

=

=

=

=

=

1

gdzie:
G – kondunktancja [S]
S – pole przekroju przewodnika[m

2

]

Pierwsze prawo Kirchhoffa, dotycz

ą

ce bilansu pr

ą

dów w w

ęź

le obwodu elektrycznego

pr

ą

du stałego, mo

ż

na sformułowa

ć

nast

ę

puj

ą

co:

Dla ka

ż

dego w

ę

zła obwodu elektrycznego, suma algebraiczna pr

ą

dów jest równa zeru.

∑

=

=

=

n

k

k

k

I

1

0

)

(

Do w/w równania pod symbolem sumy podstawiamy pr

ą

dy z ró

ż

nymi znakami

w zale

ż

no

ś

ci od zwrotu pr

ą

du wzgl

ę

dem w

ę

zła. Przyjmujemy umownie,

ż

e pr

ą

dy zwrócone

do w

ę

zła maj

ą

znak plus ( + ), a pr

ą

dy ze zwrotem od w

ę

zła znak ( - ). Zgodnie z t

ą

umow

ą

dla pewnego w

ę

zła obwodu, przedstawionego poni

ż

ej napiszemy równanie

Rys. 4. Ilustracja I prawa Kirchhoffa [1, s. 17]

I

3

I

4

I

2

I

1

I

5

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Jeżeli prądy ze znakiem minus przeniesiemy na drugą stronę równania, to otrzymamy

I

1

+ I

2

+ I

3

– I

4

– I

5

= 0

I

1

+ I

2

+ I

3

= I

4

+ I

5

Pierwsze prawo Kirchhoffa możemy wówczas sformułować następująco:
Dla każdego węzła obwodu elektrycznego suma prądów dopływających do węzła jest

równa sumie prądów odpływających od węzła.

Aby prawidłowo sformułować I prawo Kirchhoffa dla określonego węzła obwodu czy

oczka elektrycznego, należy:

−

narysować dokładnie schemat obwodu elektrycznego,

−

oznaczyć zwroty kierunków prądów obwodzie, kierując się zasadą, że prąd płynie od
plusa ( + ) do minusa ( - ),

−

w przypadku gdy obliczenia wykażą, że jeden z prądów jest ujemny, należy do końca
obliczeń stosować jego znak, a następnie na schemacie nanieść poprawkę zmiany jego
zwrotu na dodatni,

−

oznaczyć węzły,

−

należy pamiętać, że do węzła nie mogą wszystkie prądy wpływać lub też wszystkie
wypływać.
II prawo Kirchhoffa przedstawia definicja: „W zamkniętym obwodzie elektrycznym

(oczku) suma algebraiczna sił elektromotorycznych równa się sumie algebraicznej spadków
napięć na poszczególnych rezystancjach odbiornikowych”.

∑

∑

=

=

=

=

⋅

=

n

k

k

n

k

k

k

k

k

R

I

E

1

1

)

(

)

(

Aby prawidłowo sformułować II prawo Kirchhoffa dla określonego obwodu czy oczka

elektrycznego, należy :

−

narysować dokładnie schemat obwodu elektrycznego,

−

oznaczyć zwroty sem, lub napięć występujących w obwodzie,

- U +

- +

E

Rys. 5. Oznaczenie zwrotów siły elektromotorycznej i napięć w obwodzie [1, s. 18]

−

ustalić zwrot przepływu prądu (od plusa do minusa, od większej sem do mniejszej),

−

nanieść na schemat obwodu wektory (napięć odbiornikowych), spadków napięć na
poszczególnych odbiornikach obwodu. Kierunek dodatni przyjmujemy od punktu
wpływającego do punktu wpływającego do odbiornika prądu.

I R

U

R

Rys. 6. Oznaczenia na oporniku [1, s. 18]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

−

oznaczyć kierunek rozpatrywania obwodu, zgodny z przepływającym prądem, (wszystkie
wektory sem, napięć zgodne z obranym kierunkiem rozpatrywania obwodu oznaczonymi
„+”,a nie zgodne „-”)

a)

b)

E

2

R

1

R

2

I

R

1

R

2

+

I

U

1

U

2

U

3

R

3

U

1

U

2

U

3

R

3

E

1

U

z

_

_

Rys. 7. Oznaczenia w obwodzie [opracowanie własne]

E

1

>E

2

E

1

– E

2

– U

1

- U

2

– U

3

= 0

U

z

- U

1

-U

2

- U

3

= 0

E

1

- E

2

=

U

1

+ U

2

+ U

3

II p. Kirchhoffa

U

z

= U

1

+U

2

+ U

3

E

1

– E

2

= I

·

R

1

+ I

·

R

2

+I

·

R

3

U

z

= I·R

1

+ I·R

2

+ I·R

3

E

1

– E

2

= I ( R

1

+R

2

+ R

3

)

U

z

= I ( R

1

+ R

2

+ R

3

)

E

1

– E

2

U

z

I =

I =

R

1

+ R

2

+ R

3

R

1

+ R

2

+ R

3

Obwodem elektrycznym nazywamy zespół połączonych z sobą elementów

umożliwiający zamknięty obieg prądu.

Schemat elektryczny jest odzwierciedleniem graficznym obwodu i wskazuje sposób

połączenia z sobą jego elementów, w postaci umownych symboli. W schemacie elektrycznym
wyróżniamy:
a)

elementy,

b)

węzły,

c)

gałęzie,

d)

oczka.
Elementem obwodu elektrycznego nazywamy część obwodu niepodzielną pod

względem funkcjonalnym bez utraty cech charakterystycznych, mającą wyprowadzone na
zewnątrz końcówki (zaciski).

Węzłem obwodu elektrycznego nazywamy punkt, w którym schodzą się co najmniej trzy

prądy.

Gałęzią obwodu elektrycznego nazywamy taki odcinek obwodu zawarty między

sąsiednimi węzłami, w którym prąd ma tę samą wartość.

Oczkiem obwodu elektrycznego nazywamy połączenie gałęzi tworzące kontur

zamknięty, w którego środku nie ma żadnej gałęzi.

Konturem obwodu elektrycznego nazywamy dowolny zamknięty obwód zawierający

w swoim wnętrzu gałęzie. Kontur z rysunku zawiera trzy oczka, które są szczególnym
przypadkiem konturu.

Schematem geometrycznym lub grafem obwodu elektrycznego nazywamy

uproszczony schemat obwodu, w którym nie wyróżnia się poszczególnych elementów,
a gałęzie zastępuje się odcinkami prostoliniowymi lub łukami połączonymi z sobą w węzłach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Ze względu na liczbę oczek obwody elektryczne dzielimy na:

a)

nierozgałęzione – obwód zawierający tyko jedno oczko,

b)

rozgałęzione – obwód zawierający dwa lub więcej oczek.

Elementy obwodu dzielimy:

−

ze względu na liczbę końcówek na:
a)

elementy dwubiegunowe (dwójniki) – posiadające dwa zaciski o ustalonej kolejności
np.: akumulator, ogniwo, opornik itp.,

b)

element czterobiegunowy (czwórniki) – posiadające cztery zaciski o ustalonej
kolejności. Czwórnik ma równe prądy wejściowe i wyjściowe np.: filtr, prostownik,
transformator itp.,

c)

element n-parobiegunowy – posiadający co najmniej trzy zaciski o ustalonej
kolejności,

−

ze względów energetycznych na:

a)

aktywne (czynne) – zdolne do wytwarzania energii elektrycznej (akumulatory,
ogniwa),

b)

pasywne (bierne) – zdolne tylko do pobierania energii elektrycznej i zamiany jej na
inne formy energii,

−

ze względu na charakterystykę prądowo – napięciową na:

a)

liniowe.

b)

nieliniowe.

W skład obwodu elektrycznego wchodzą:

−

elementy źródłowe, nazywane też elementami aktywnymi (czynnymi),

−

elementy odbiorcze, nazywane też elementami pasywnymi (biernymi).
W schemacie obwodu elektrycznego źródła energii elektrycznej oznaczamy również za

pomocą znormalizowanych symboli graficznych (rys. 8).

Rys. 8. Symbole graficzne źródeł: a) symbol ogólny źródła napięcia; b) symbol ogniwa i akumulatora [1, s. 25]

Końcówki elementu źródłowego służące do połączenia z innymi elementami bezpośrednio

lub za pomocą przewodów nazywamy zaciskami. Jeden z zacisków źródła napięcia stałego ma
potencjał wyższy i jest to tzw. biegun dodatni, oznaczony (+), a drugi ma potencjał niższy i jest
to tzw. biegun ujemny, oznaczony (–).

Różnice potencjałów między zaciskami źródła napięcia, w warunkach, gdy źródło to nie

dostarcza energii elektrycznej, nazywamy siłą elektromotoryczną lub napięciem źródłowym
i oznaczamy przez E. Biegunowość źródła oznaczamy za pomocą strzałki, której grot wskazuje
biegun (+). W źródłach elektrochemicznych kreska dłuższa oznacza biegun (+), a kreska krótsza
oznacza biegun (–). Elementami odbiorczymi, czyli pasywnymi są:
1.

Rezystory, w których podczas przepływu prądu zachodzi nieodwracalny proces
przekształcenia energii elektrycznej w energię cieplną.

2.

Cewki i kondensatory, w których energia gromadzi się odpowiednio w postaci energii
pola magnetycznego cewki i energii pola elektrycznego kondensatora.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

3.

Różnego rodzaju przetworniki energii elektrycznej w energię mechaniczną (silniki
elektryczne), chemiczną (np. elektroliza), świetlną (promieniowanie wyładowcze w gazie)
itp.

Ponadto na schemacie obwodu elektrycznego nanosimy niekiedy elementy pomocnicze, np.

przewody łączące, wyłączniki, przełączniki, elementy prostownicze lub różnego rodzaju
przyrządy pomiarowe służące do pomiaru prądu (amperomierz), napięcia (woltomierz), mocy
(watomierz), energii elektrycznej (licznik). Symbole graficzne niektórych elementów
odbiorczych oraz elementów pomocniczych przedstawiono na rysunku 9. Element, którego
własności nie zależą od biegunowości napięcia występującego na jego zaciskach i od kierunku
przepływu prądu, nazywamy elementem symetrycznym. Przykładem elementu symetrycznego
jest rezystor drutowy. Przykładem elementu niesymetrycznego jest dioda, której rezystancja
przy określonej biegunowości napięcia jest bliska zeru, a przy przeciwnej biegunowości
napięcia jest bliska nieskończoności.

Rys. 9. Symbole stosowane w schematach elektrycznych [1, s. 25]

Opornik

Opornik idealny, zwany również rezystorem, jest elementem, w którym zachodzi jedynie

proces rozpraszania energii (nie zachodzą procesy wytwarzania ani akumulacji energii).
Parametrem charakteryzującym opornik idealny jest rezystancja R. Rezystancja opornika
liniowego jest stała. Rezystancja jednorodnego przewodnika o stałym przekroju jest wprost
proporcjonalna do długości przewodnika l, odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju S
i zależy od przewodności właściwej materiału

γ

, która charakteryzuje materiały pod

względem przewodnictwa elektrycznego.

S

l

R

γ

=

gdzie:
l – długość przewodnika,
S – pole przekroju przewodnika,
γ – przewodność właściwa materiału.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

Źródła energii
1) Źródło napięcia

Źródło energii o postaci szeregowego połączenia idealnego źródła napięcia i rezystancji

zwanej rezystancją wewnętrzną nazywany rzeczywistym źródłem napięciowym. Idealnym
źródłem napięcia nazywamy źródło energii mające rezystancję wewnętrzną równą zeru.
Różnica potencjałów biegunów idealnego źródła nazywana jest napięciem źródłowym E.

w

IR

E

U

−

=

Rys. 10. Źródło napięcia i jego charakterystyka [4, s. 45]

2) Źródło prądu

Źródło energii o postaci równoległego połączenia idealnego źródła prądu i rezystancji

nazywamy rzeczywistym źródłem prądu. Idealnym źródłem prądu nazywamy element
obwodu elektrycznego dostarczający prąd o stałym natężeniu. Rezystancja wewnętrzna
idealnego źródła prądu jest nieskończenie duża.

Rys. 11. Źródło prądu [4, s. 46]

Właściwości szeregowego połączenia oporników:

−

przez cały układ i przez każdy z oporników płynie prąd o takim samym natężeniu I,

−

całkowity spadek potencjału (U) jest sumą spadków na poszczególnych oporach
(odpowiednio U

1

i U

2

):

1

2

U

U

U

=

+

Dzieląc powyższe równanie przez

i zauważając, że

U

R

I

=

, otrzymujemy:

1

2

U

U

U

I

I

I

=

+

czyli

1

2

R

R

R

= +

I

E

R

Z

W

=

I

I

R

R

R

z

w

w

=

+

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

Opór zastępczy dwóch oporników połączonych szeregowo jest sumą ich oporów.

Rys. 12. Szeregowe połączenie oporników [4, s. 47]

Właściwości równoległego połączenie oporników:

−

do całego układu dołączone zostało napięcie U i to samo napięcie przyłożone jest do
każdego z oporników,

−

natężenie prądu płynącego przez układ (I) jest sumą natężeń płynących przez
poszczególne oporniki (odpowiednio I

1

i I

2

):

1

2

I

I

I

= +

Dzieląc równanie przez U i zauważając, że

1

I

U

R

=

, dostajemy:

1

2

I

I

I

U

U

U

=

+

czyli

1

2

1

1

1

R

R

R

=

+

Odwrotno

ść

oporu zast

ę

pczego

1

R

dwóch oporników poł

ą

czonych równolegle jest sum

ą

odwrotno

ś

ci ich oporów, czyli

1

2

1

1

R

R

+

Ze wzoru powy

ż

szego mo

ż

emy tak

ż

e wprost wyrazi

ć

R. Dodajemy ułamki po prawej

stronie wzoru

1

2

1

2

1

R

R

R

R R

+

=

i odwracamy wynik

1

2

1

2

R R

R

R

R

=

+

Rys. 13. Równoległe połączenie oporników [4, s. 48

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

4.2.2. Pytania sprawdzające

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

1.

W jaki sposób definiuje się obwód elektryczny?

2.

W jaki sposób definiuje się schemat elektryczny?

3.

W jaki sposób definiuje się węzeł obwodu elektrycznego?

4.

Jak brzmi definicja oczka obwodu elektrycznego?

5.

Jaka jest klasyfikacja obwodów elektrycznych?

6.

Jakie są podstawowe elementy obwodów elektrycznych?

7.

Jakie są podstawowe symbole elementów obwodów elektrycznych?

8.

Jak brzmi prawo Ohma?

9.

Jak brzmi I prawo Kirchhoffa?

10.

Jak brzmi II prawo Kirchhoffa?

11.

W jaki sposób definiuje się prąd elektryczny?

12.

Jakie są rodzaje prądu elektrycznego?

13.

W jaki sposób definiuje się napięcie elektryczne?

14.

W jaki sposób definiuje się gęstość prądu?

15.

W jaki sposób definiuje się moc elektryczną?

16.

W jaki sposób obliczamy rezystancję zastępczą szeregowego połączenia oporników?

17.

W jaki sposób obliczamy rezystancję zastępczą równoległego połączenia oporników?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz ile będzie wynosić napięcie między punktami A i B, jeżeli potencjał jednego

punktu wynosi V

1

= 5 V, a potencjał drugiego V

2

= 12 V.

Rysunek do ćwiczenia 1 [2, s. 17]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeanalizować założenia do ćwiczenia,

2)

narysować rysunek do ćwiczenia,

3)

obliczyć napięcie między punktami A i B,

4)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−−−−

przybory kreślarskie,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Ćwiczenie 2

Oblicz ile wynosi natężenie prądu elektrycznego płynącego przez odbiornik, jeżeli

napięcie U = 220 V a rezystancja R = 29 Ω.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać założenia do ćwiczenia,

2)

narysować rysunek do ćwiczenia,

3)

obliczyć gęstość prądu elektrycznego,

4)

obliczyć natężenie prądu elektrycznego,

5)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−−−−

przybory kreślarskie,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie 3

Sprawdź słuszność prawa Ohma, mając dany schemat pomiarowy oraz tabele

przedstawione poniżej. Przedstaw otrzymane wyniki oraz dokonaj ich analizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury dotyczący ćwiczenia,

2)

połączyć układy pomiarowe dotyczące ćwiczenia,

3)

dokonać niezbędnych obliczeń dla potrzeb ćwiczenia,

4)

sporządzić wykres,

5)

przeprowadzić analizę wyników,

6)

wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

zeszyt ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

U

Rs

Ro

Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]

Tabela obliczeniowa do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]

R1

/

R2

/

U

I

R1

U

I

R2

Cv

α

U

CA

α

I

Cv

α

U

CA

α

I

Lp

V/dz

dz

V

A/dz

dz

A

Ω

V/dz

dz

V

A/dz

dz

A

Ω

1.

2.

3.

Rśr

Rśr

Charakterystyka I= f(U):
R1= ..... . [Ω] R2= ..... . [Ω]

U Rs

-

Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]

Tabela obliczeniowa do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]

U

I

R

Cv

Α

U

CA

α

I

Lp.

V/dz

Dz

V

A/dz

dz

A

Ω

1.

2.

3.

4.

5.

Rśr.

Charakterystyka I= f(U)

A

V

V

A

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Ćwiczenie 4

Oblicz rezystancję zastępczą obwodu oraz spadki napięcia na poszczególnych

rezystorach, mając dane: R

1

= 20 Ω i R

2

= 40 Ω. Odbiorniki są połączone szeregowo

i zasilane napięciem U = 12 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać założenia do zadania,

2)

wypisać wielkości szukane do zadania,

3)

narysować poglądowy rysunek do zadania,

4)

dokonać niezbędnych obliczeń,

5)

przeprowadzić analizę wyników,

6)

wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−

przybory do pisania,

−

przybory kreślarskie,

−

zeszyt ćwiczeń.

Ćwiczenie 5

Oblicz rezystancję zastępczą obwodu, prąd w obwodzie i spadki napięcia na

poszczególnych rezystorach, jeżeli R

1

= 8 Ω, R

2

= 16 Ω, R

3

= 10 Ω, R

4

= 21 Ω. Rezystory

połączone są szeregowo i zasilane napięciem 220 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)

wypisać założenia do zadania,

2)

wypisać wielkości szukane do zadania,

3)

narysować poglądowy rysunek do zadania,

4)

dokonać niezbędnych obliczeń,

5)

przeprowadzić analizę wyników,

6)

wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−

przybory do pisania,

−

przybory kreślarskie,

−

zeszyt ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

Ćwiczenie 6

Sprawdź I prawo Kirchhoffa, mając dany schemat pomiarowy oraz tabele przedstawione

poniżej. Przedstaw otrzymane wyniki oraz dokonaj ich analizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury dotyczący ćwiczenia,

2)

połączyć układy pomiarowe dotyczące ćwiczenia,

3)

dokonać niezbędnych obliczeń dla potrzeb ćwiczenia,

4)

sporządzić wykres,

5)

przeprowadzić analizę wyników,

6)

wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

zeszyt ćwiczeń.

Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia 6 [opracowanie własne]

W czasie pomiarów należy zwrócić szczególną uwagę na sposób dołączania woltomierza

i amperomierzy. Zaciski przyrządów oznaczone „+” powinny być połączone z punktem
obwodu o wyższym potencjale.

Wyniki zapisujemy w tabeli.

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 6 [opracowanie własne]

U

AB

I

1

I

2

I

3

I

2

+I

3

U

Z

R

z

Lp.

V

A

V

V

V

V

Ω

1

2

Pomiary należy wykonać dwukrotnie, przy różnych nastawach rezystorów R

1

, R

2

, R

3

.

Należy wykonać również obliczenia Rz-rezystancji zastępczej odbiorników (można
skorzystać z prawa Ohma). Obliczenia Rz:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Ćwiczenie 7

Sprawdź II prawo Kirchhoffa, mając dany schemat pomiarowy oraz tabele przedstawione

poniżej. Przedstaw otrzymane wyniki oraz dokonaj ich analizy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury dotyczący ćwiczenia,

2)

połączyć układy pomiarowe dotyczące ćwiczenia,

3)

dokonać niezbędnych obliczeń dla potrzeb ćwiczenia,

4)

sporządzić wykres,

5)

przeprowadzić analizę wyników,

6)

wyciągnąć wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca obwodów prądu stałego,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

zeszyt ćwiczeń.

Schemat układu pomiarowego do ćwiczenia 7 [opracowanie własne]

W czasie pomiarów należy zwrócić szczególną uwagę na sposób dołączania woltomierza.

Zacisk przyrządu oznaczony „+” powinien być połączony z punktem obwodu o wyższym
potencjale.

Wyniki zapisujemy w tabeli.

Tabela. 4. Tabela pomiarowa do ćwiczenia 7 [opracowanie własne]

U

z

I

U

1

U

2

U

3

U

1

+ U

2

+ U

3

R

z

Lp.

V

A

V

V

V

V

Ω

1

2

Pomiary należy wykonać dwukrotnie, przy różnych nastawach rezystorów R

1

, R

2

, R

3

.

Należy wykonać również obliczenia Rz – rezystancji zastępczej odbiorników (można
skorzystać z prawa Ohma)

Obliczenia Rz:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie prądu elektrycznego?

2)

zdefiniować pojęcie natężenia prądu elektrycznego?

3)

zdefiniować jednostkę natężenia prądu elektrycznego?

4)

wyjaśnić od czego zależy kierunek przepływu prądu elektrycznego?

5)

zdefiniować pojęcie gęstości prądu elektrycznego?

6)

zdefiniować pojęcia: prąd przewodzenia, przesunięcia i unoszenia?

7)

zdefiniować pojęcie napięcia elektrycznego?

8)

zdefiniować pojęcie obwodu elektrycznego?

9)

wyjaśnić pojęcie schematu elektrycznego?

10)

wyjaśnić pojęcia element obwodu elektrycznego, węzeł obwodu

elektrycznego, gałąź obwodu, kontur obwodu elektrycznego?

11)

określić właściwości szeregowego połączenia oporników?

12)

określić właściwości równoległego połączenia oporników?

13)

wyjaśnić prawo Ohma?

14)

wyjaśnić I i II prawo Kirchhoffa?

15)

omówić źródło napięcia i prądu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

4.3. Ogniwa i akumulatory

4.3.1. Materiał nauczania

Ogniwo galwaniczne to ogniwo, w którym źródłem prądu są reakcje chemiczne

zachodzące między elektrodą, a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie
(półogniwa) tworzą ogniwo galwaniczne. Różnica potencjałów elektrod, gdy przez ogniwo
nie płynie prąd jest równa sile elektromotorycznej ogniwa (SEM). Ogniwo prądu, to
najczęściej akumulator, lub bateryjka. Służą one do zasilania przenośnego sprzętu audio,
telefonów przenośnych i innych tego rodzaju urządzeń. Akumulatory w pojazdach
samochodowych umożliwiają rozruch silnika.

Wszystkie takie ogniwa takie wytwarzają prąd stały, czyli prąd nieulegający zmianom

w czasie (nie uwzględniamy tu powolnym zmian wynikających z faktu rozładowywanie się
ogniw).

Rys. 14. Wygląd ogniw [strona internetowa 14]

Cechami charakterystycznymi ogniw są:

−

napięcie wytwarzane przez ogniwo, czyli tzw. siła elektromotoryczna,

−

opór wewnętrzny –jest wielkością limitującą możliwość czerpania z ogniwa dużych
mocy,

−

pojemność – im większa, tym więcej energii elektrycznej ,może wytworzyć ogniwo.
Mechanizm gromadzenia tworzenia i energii elektrycznej w ogniwach w większości

przypadków opiera się o przemiany chemiczne.

Ogniwo Volty jest to układ dwóch różnych metali zanurzonych w tym samym

elektrolicie, np. z płytki cynkowej i miedzianej zanurzonych w roztworze kwasu siarkowego.
(rys. 15).

Rys. 15. Schemat ogniwa Volty [strona internetowa 14]

Ogniwo w rodzaju ogniwa Volty stanowi źródło napięcia. Napięcie takie ma określoną

wartość zależną od rodzaju metali i elektrolitu. Obecnie zastosowanie w praktyce mają
ogniwa stworzone na bazie ogniwa Volty: ogniwo Westona, ogniwo Leclanchego i ogniwo
Daniella, a także akumulatory będące odmianą ogniwa odwracalnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Najprostsze w budowie jest historyczne ogniwo Volty. Składa się ono z dwóch płytek,

wykonanych z różnych metali, zanurzonych w roztworze elektrolitu. Rozważmy typowy
przykład: w roztworze kwasu siarkowego (VI) zanurzone są płytki cynkowa i miedziana.
Ponieważ z rozcieńczonym roztworem takiego kwasu reaguje tylko cynk, płytka z tego
metalu pokrywa się szybko pęcherzykami wodoru, wypływającymi ku górze. Na płytce
miedzianej nie obserwuje się żadnych przejawów reakcji chemicznej.

Elektrony są przekazywane bezpośrednio przez atomy cynku do jonów wodorowych,

które po zobojętnieniu do atomów, na powierzchni metalu łączą się w cząsteczki, a następnie
w pęcherzyki gazu. Sytuacja ulega radykalnej zmianie, gdy obie blaszki zostaną połączone
przewodnikiem elektrycznym na zewnątrz układu:

Ogniwo Volty było używane jako praktyczne źródło prądu elektrycznego. Jego użycie

umożliwiło dalsze odkrycia – m. in. wydzielenie drogą elektrolizy metali takich jak sód
i potas. Obecnie różne odmiany takich ogniw, np. ogniwo Leclanchego, stosuje się, na co
dzień, jako tzw. baterie (choć tak naprawdę, bateria to układ wielu ogniw, połączonych
zazwyczaj szeregowo). Są to tzw. ogniwa suche, w których roztwór elektrolitu ma postać żelu
lub pasty, a całość zamknięta jest w szczelnej obudowie. Wydzielający się wodór jest
pochłaniany przez tzw. depolaryzator, np. ditlenek manganu. Katodę wykonuje się często
z grafitu, który wystarczająco dobrze przewodzi prąd elektryczny, nie reaguje przy tym
z roztworem elektrolitu. Podobna jest też zasada działania i budowa różnego typu
akumulatorów. Reakcje elektrodowe są w nich jednak odwracalne – po zużyciu substratów
przepuszcza się przez ogniwo prąd elektryczny z zewnętrznego źródła, a zachodzące na
elektrodach reakcje odtwarzają zużyte reagenty.

Ogniwa Volty są trudne w opisie teoretycznym. Obie elektrody mają kontakt z tym

samym elektrolitem, produkty reakcji zmieniają skład elektrolitu i mają kontakt z obiema
elektrodami. Trudno również obliczyć siłę elektromotoryczną, czyli napięcie pomiędzy
elektrodami, mierzone w tzw. warunkach bezprądowych. Dlatego w elektrochemii konstruuje
się inne typy ogniw, łatwiejsze w opisie teoretycznym, choć nienadające się raczej na
praktyczne źródła prądu. Są one stosowane jako wzorcowe źródła napięcia, służą też do
pomiaru stężeń jonów, np. w miernikach pH.

Ogniwa galwaniczne mają wielkie znaczenie praktyczne. Wymienić należy wszelkie

ogniwa („bateryjki”) zasilające wszelkiego rodzaju elektroniczne urządzenia przenośne,
akumulatory i, stosowane coraz częściej, ogniwa paliwowe, w których na energię elektryczną
przetwarzana jest energia chemiczna reakcji, takich jak spalanie metanu, czy alkoholu. Ale
ogniwa to również pH-metry (mierniki pH roztworów), to różne laboratoryjne techniki
pomiarowe (w tym wzorce potencjału). Wreszcie, ogniwa to korozja elektrochemiczna
i ochrona przed korozją.

Akumulator, zwany też ogniwem wtórnym, jest to ogniwo odwracalne, przeznaczone

do magazynowania energii elektrycznej. Akumulator po wyładowaniu można ponownie
doprowadzić do stanu całkowitego naładowania, przy czym proces ładowania
i wyładowania może być powtarzany wielokrotnie. Podczas ładowania akumulator jest
zasilany z innego źródła energii, przy czym energia elektryczna jest zamieniana
w energię chemiczną. W tej postaci energia może być magazynowana. Podczas
wyładowania akumulator pracuje jako źródło energii elektrycznej; energia chemiczna
jest zamieniana z powrotem w energie elektryczną. Rozróżniamy akumulatory kwasowe
(ołowiowe) i akumulatory zasadowe (np. żelazo-niklowe i kadmowo-niklowe).
W akumulatorze ołowiowym (naładowanym) elektrodą ujemną jest ołów Pb, elektrodą
dodatnią jest tlenek ołowiu, a elektrolitem – wodny roztwór kwasu siarkowego.
Podczas wyładowania elektroda ujemna zamienia się w siarczan ołowiu, a wolne jony
wodoru wędrują do elektrody dodatniej, tworząc tu w połączeniu z kwasem siarkowym
również siarczan ołowiu i ponadto wodę. Podczas wyładowania siarczan ołowiu tworzy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

się więc na obu elektrodach, a na skutek tworzenia się wody, gęstość kwasu się
zmniejsza. Podczas ładowania reakcje są odwrotne, a zatem zmniejsza się liczba cząstek
wody i zwiększa się gęstość kwasu siarkowego. W stanie naładowania płyta ujemna jest
szara, a płyta dodatnia – brunatna. Napięcie naładowanego akumulatora ołowiowego
wynosi ok. 2 V i nie zależy od wymiarów elektrod.

Rys. 16. Akumulator ołowiowy pracujący jako źródło energii elektrycznej [2, s. 78]

Zwiększenie pojemności elektrycznej akumulatora ołowiowego uzyskuje się w wyniku

zwiększenia powierzchni elektrod. Elektrody akumulatora wykonuje się więc albo w postaci płyt
żeberkowych mających dużą powierzchnię czynną, albo w postaci płyt masowych, w których
szkielet wykonany w formie kraty z twardego ołowiu wypełnia się masą czynną zawierającą
tlenki ołowiu.

Dalsze zwiększanie pojemności uzyskuje się dzięki wykonywaniu elektrod wielopłytowych.

W przypadku akumulatorów stosuje się terminy sprawności pojemnościowej oraz sprawności
energetycznej.

Sprawnością pojemnościową akumulatora ołowiowego jest stosunek ładunku Q

wył

wydanego przez akumulator podczas wyładowania do ładunku Q

ład

pobranego podczas ładowania.

Sprawność pojemnościowa akumulatora ołowiowego wynosi 0,85÷0,92.

Sprawność energetyczna akumulatora ołowiowego jest to stosunek energii W

wył

wydanej

podczas wyładowania do energii W

ład

pobranej podczas ładowania

4.3.2. Pytania sprawdzające

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

1.

W jaki sposób definiuje się sprawność pojemnościową akumulatora ołowiowego?

2.

W jaki sposób definiuje się sprawność energetyczną akumulatora ołowiowego?

3.

W jaki sposób zbudowany jest akumulator ołowiowy?

4.

Do czego służy akumulator?

5.

W jaki sposób zbudowane jest ogniowo?

6.

Do czego służy ogniw?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz ile wynosi sprawność pojemnościowa akumulatora ołowiowego, jeżeli Q

wył

= 25 C

a Q

ład

= 5 C.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać dane do ćwiczenia,

2)

wypisać szukane do ćwiczenia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

3)

wykonać obliczenia,

4)

dokonać interpretacji wyniku.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dotycząca ogniw i akumulatorów,

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

zeszyt ćwiczeń.

Ćwiczenie 1

Oblicz ile wynosi sprawność energetyczna akumulatora ołowiowego, jeżeli W

wył

= 40 J

a W

ład

= 8 J?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wypisać dane do ćwiczenia,

2)

wypisać szukane do ćwiczenia,

3)

wykonać obliczenia,

4)

dokonać interpretacji wyniku.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dotycząca ogniw i akumulatorów,

−

przybory do pisania,

−

kalkulator,

−

zeszyt ćwiczeń.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie sprawności pojemnościowej akumulatora?

2)

zdefiniować pojęcie sprawności energetycznej akumulatora?

3)

określić w jaki sposób zbudowany jest akumulator?

4)

określić do czego służy akumulator?

5)

wyjaśnić w jaki sposób zbudowane jest ogniwo?

6)

wyjaśnić do czego służy ogniwo?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

4.4. Maszyny elektryczne

4.4.1. Materiał nauczania

Przez elektryczne urządzenia napędowe – należy rozumieć silnik elektryczny prądu

przemiennego lub stałego wraz z układami służącymi do jego zasilania, regulacji, sterowania,
sygnalizacji oraz pomiarów.

Wprowadzono podział elektrycznych urządzeń napędowych na 4 grupy tj:

−

I grupa – są to urządzenia o mocy powyżej 250 kW oraz urządzenia o napięciu powyżej
1kV bez względu na wartość mocy.

−

II grupa – urządzenia o mocy od 50 do 250 kW.

−

III grupa – urządzenia o mocy powyżej 5,5 kW do 50 kW.

−

IV grupa – urządzenia o mocy poniżej 5,5 kW.

Elektryczne urządzenia napędowe służą do napędu różnego rodzaju maszyn roboczych

takich jak pompy, wentylatory, sprężarki, windy, obrabiarki do metali itp.

Silniki elektryczne to podstawowe elementy elektrycznych urządzeń napędowych.

Charakteryzują się one następującymi elementami:

−

dużą sprawnością η,

−

niezawodnością działania,

−

możliwością regulacji prędkości obrotowej,

−

możliwością zastosowania automatyzacji,

−

możliwością zdalnego sterowania,
Podział silników przedstawiony został na rysunku poniżej:

Rys. 17. Klasyfikacja silników elektrycznych [5, s. 56]

Względy praktyczne oraz obowiązujące przepisy zalecają stosować do napędu przede

wszystkim silniki indukcyjne klatkowe (zwarte), bowiem charakteryzują się one stosunkowo
niską ceną, dużą pewnością ruchu, prostą budową i łatwą obsługą. Ponadto liczną grupę
stanowią silniki komutatorowe jednofazowe, małej mocy, które stosuje się w napędach
urządzeń elektrycznych powszechnego użytku np. odkurzacze, miksery itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Każdy silnik elektryczny ma przymocowaną na stałe do korpusu tabliczkę znamionową,

na której podane są:

−

moc znamionowa Pn [kW] i liczba obrotów n [obr/min],

−

typ i numer fabryczny,

−

układ połączeń stojana (w silnikach prądu przemiennego),

−

liczbę faz (w silnikach I~),

−

współczynnik mocy cosφ,

−

napięcie i częstotliwość,

−

stopień ochrony IP.
Ponadto na elektrycznych urządzeniach napędowych umieszczone są napisy i oznaczenia

dotyczące:

−

symbolu zacisku ochronnego,

−

wyprowadzeń końców uzwojeń,

−

wymaganych prądów wkładek bezpiecznikowych,

−

funkcji przycisków sterowniczych lampek sygnalizacyjnych,

−

kierunku wirowania (strzałka),

−

rodzaju budowy silnika.
Przyjęto następujące oznaczenia dotyczące budowy i rodzaju silnika:

−

Litera duża „S” stojąca na 1 miejscu oznacza silnik indukcyjny.

−

Litery stojące na drugim miejscu oznaczają budowę:
A – otwarte – IP00
B – chronione – IP12
C – okapturzone – IP33
Z – zamknięte – IP55
W – wodoszczelne – IP58
G – głębinowe – IP68

−

Litera stojąca na trzecim miejscu oznacza
I – silnik klatkowy (zwarty)
U – silnik pierścieniowy

−

Dalsze litery a, b, c, d dotyczą cech mechanicznych silnika.
Silniki indukcyjne 3- fazowe zbudowane są z części stałej zwanej stojanem oraz z części

ruchomej zwanej wirnikiem. W stojanie umieszczone są 3 uzwojenia fazowe, które łączy się
w gwiazdę lub trójkąt.

W maszynie prądu stałego można wyróżnić dwie podstawowe części: nieruchomą zwaną

stojanem lub magneśnicą i wirującą zwaną wirnikiem lub twornikiem. Jarzmo stojana
zazwyczaj wykonane jest jako żeliwny lub staliwny odlew – jest to zasadnicza część obwodu
magnetycznego oraz element konstrukcyjny, do którego przymocowane są łożysko oraz
pozostałe elementy niewirujące. Na biegunach głównych umieszczone są nabiegunniki
wykonane z pakietu izolowanych blach. Jest to spowodowane tym, że pomimo stałego pola
magnetycznego w biegunie, na jego krańcach występują pulsacje pola. Zastosowanie
nabiegunników pozwala na uzyskanie w szczelinie powietrznej rozkładu zbliżonego do
sinusoidalnego. Zastosowanie blach stalowych pozwala na zmniejszenie strat związanych
z prądami wirowymi oraz zjawiskiem histerezy. Maszyna prądu stałego jest także
wyposażona w bieguny pomocnicze wykonane jako cewki na stalowym rdzeniu połączone
szeregowo z uzwojeniem twornika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

Rys. 18. Budowa maszyny elektrycznej: 1 – stojan maszyny, 2 – szczotki, 3 – wirnik, 4 – uzwojenia wirnika,

5 – uzwojenie wzbudzenia, 6 – bieguny główne, 7 – nabiegunniki [12, s. 165]

silnik bocznikowy

silnik obcowzbudny

Rys. 19. Uproszczony schemat silnika bocznikowego i obcowzbudnego [12, s. 137]

Rys. 20. Uproszczony schemat silnika szeregowego [12, s. 139]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

Rys. 21. Uproszczony schemat silnika szeregowo – bocznikowego [9, s. 263]

Właściwy dobór silnika elektrycznego do maszyny roboczej, odpowiednio do stawianych

przez nią wymagań, jest jednym z najważniejszych zagadnień napędu elektrycznego. Przy
rozwiązywaniu tego zagadnienia należy dążyć do wyzyskania całej zdolności produkcyjnej
maszyny roboczej i osiągnięcia wysokiej jakości produkcji przy zapewnieniu pełnego
bezpieczeństwa pracy. Prócz tego należy zawsze brać pod uwagę koszty urządzenia
(inwestycyjne) i koszty ruchu (eksploatacyjne), a więc trzeba projektować układ napędowy
w sposób uzasadniony pod względem gospodarczym. Przy doborze silnika należy przede
wszystkim zadecydować, czy będzie to silnik prądu stałego czy przemiennego. Prąd stały,
chociaż w kraju stosunkowo rzadko stosowany, może mieć mimo znacznie wyższych kosztów
inwestycyjnych pierwszeństwo wtedy, gdy dla zapewnienia właściwej pracy maszyny
roboczej prędkość obrotowa silnika napędowego musi być regulowana w sposób płynny
i w szerokich granicach.

Następnie ustalamy typ silnika (np. zwarty, pierścieniowy, bocznikowy, szeregowy)

i wartość napięcia znamionowego. Typ silnika zależy od tego, jakie wymagania odnośnie
rozruchu, regulacji prędkości obrotowej, sposobu hamowania i charakterystyki mechanicznej
(sztywna czy podatna), stawia maszyna robocza przed silnikiem elektrycznym. Napięcie
znamionowe dobiera się biorąc pod uwagę istniejącą, będącą do dyspozycji sieć zasilającą,
przestrzegając jednak generalnej zasady, że wraz ze wzrostem mocy rośnie napięcie
znamionowe silnika, a więc silniki większej mocy powinny pracować przy wyższym
napięciu. Prędkość znamionową silnika, którego wał jest sprzęgnięty bezpośrednio z wałem
maszyny roboczej, dobieramy z katalogu. Powinna ona być możliwie bliska prędkości
obrotowej maszyny roboczej. Przy zastosowaniu przekładni mechanicznej (np. zębatej lub
pasowej) prędkości silnika i mechanizmu napędzanego mogą różnić się, a przekładnia powinna
być tak dobrana, aby jej przełożenie równało się stosunkowi prędkości obrotowej silnika do
prędkości obrotowej maszyny roboczej.

Przy wyznaczaniu mocy znamionowej silnika należy uwzględnić następujące warunki:

−

silnik w czasie pracy nie powinien nadmiernie nagrzewać się i temperatura jego
uzwojeń nie powinna przekraczać wartości dopuszczalnych określonych przez
przepisy;

−

moment maksymalny silnika powinien być większy od największego momentu
odczytanego z wykresu przewidywanego obciążenia silnika.
Przeliczenie drugiego warunku stanowi kontrolę, czy silnik napędowy dobrany

z uwagi na kryteria dopuszczalnych przyrostów temperatur ma odpowiednią przeciążalność
momentem.

Jeżeli dobór silnika przeprowadzamy na podstawie wykresu mocy wydawanej na wale

lub wykresu prądu obciążenia, poprzestajemy zazwyczaj na sprawdzaniu przeciążalności mocą

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

względnie prądem. Sprawdzamy wtedy czy maksymalna moc, jaką silnik może oddawać na
wale bądź też maksymalny prąd, jakim może być on obciążany są większe od odpowiednich
szczytowych wartości mocy bądź prądu, odczytanych z wykresów.

Moment rozruchowy silnika powinien być większy od momentu oporu maszyny roboczej

podczas całego okresu rozruchu. W odniesieniu do pierwszej chwili rozruchu warunek ten
oznacza, że początkowy moment rozruchowy silnika powinien być większy od momentu
oporowego maszyny roboczej wyznaczonego dla n = 0.

Silnik powinien spełniać określone wymagania, co do czasu rozruchu maszyny oraz czasu

trwania innych charakterystycznych dla pracy napędu stanów nieustalonych.

W przypadku, gdy w rezultacie obliczeń otrzymamy wyniki odbiegające od potrzebnych

wartości, dobieramy silnik odpowiednio większy lub mniejszy.

4.4.3. Pytania sprawdzające

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

1.

Jaka jest definicja maszyny elektrycznej?

2.

Jaki jest podział elektrycznych urządzeń napędowych na 4 grupy?

3.

Jaki jest podział silników?

4.

Jakie elementy zawiera tabliczka znamionowa silnika?

5.

W jaki sposób oznacza się budowę i rodzaj silnika?

6.

Jaki jest uproszczony schemat silnika szeregowego, bocznikowego i szeregowo-
bocznikowego?

4.4.4. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wypisz dane znajdujące się na tabliczce znamionowej bocznikowego prądu stałego

znajdującego się na stanowisku pomiarowym. Zanotuj te dane. Wskaż elementy budowy
silnika oraz określ, jakie spełniają te elementy funkcje.
1. Dane znamionowe

TYP

………………….

zn

P

………………….

[kW]

n

U ………………….

[V]

n

I ………………….

[A]

wn

I

………………….[A]

n

n ………………….

[obr/min]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

dokonać oględzin silnika bocznikowego prądu stałego,

2)

znaleźć tabliczkę znamionową,

3)

wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,

4)

wskazać elementy budowy silnika,

5)

określić jakie spełniają funkcje,

6)

wyciągnąć wnioski,

7)

zaprezentować efekt swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotyczącą maszyn elektrycznych,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie 2

Odczytaj dane z tabliczki znamionowej silnika prądu przemiennego a następnie dobierz

ten silnik do urządzenia technicznego.

Rysunek do ćwiczenia 2 [14]

1. Dane znamionowe

TYP

………………….

zn

P

………………….

[kW]

n

U ………………….

[V]

n

I ………………….

[A]

wn

I

………………….[A]

n

n ………………….

[obr/min]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

dokonać oględzin silnika prądu stałego,

2)

odszukać tabliczkę znamionową,

3)

wypisać dane znajdujące się na tabliczce znamionowej silnika,

4)

dobrać silnik do urządzenia technicznego,

5)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotyczącą maszyn elektrycznych,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie maszyny elektrycznej?

2)

rozróżnić maszyny elektryczne?

3)

sklasyfikować silniki elektryczne?

4)

określić zasady doboru silnika do urządzenia technicznego?

5)

wymienić

elementy tabliczki znamionowej maszyny elektrycznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

4.5. Elektryczne źródła ciepła

4.5.1. Materiał nauczania

Bezpośrednią przemianę energii cieplnej w energię elektryczną można uzyskać,

korzystając ze zjawiska występującego na styku dwóch różnych metali lub półprzewodników,
gdy temperatura miejsca styku różni się od temperatury pozostałych części zespojonych
materiałów. Jak wiadomo, liczba elektronów swobodnych przypadająca na jednostkę
objętości, czyli inaczej mówiąc koncentracja elektronów swobodnych, jest różna w różnych
metalach. Ponadto koncentracja elektronów swobodnych zależy od temperatury metalu.

W wyniku różnej koncentracji elektronów, na styku dwóch metali powstaje różnica

potencjałów, nazywana napięciem termoelektrycznym. Dwa druty z różnych metali spojone
na jednym końcu tworzą po ich podgrzaniu ogniwo termoelektryczne zwane też
termoelementem. Na rysunku 22 przedstawiono przykład termoelementu, w którym dwa
metale: miedź i konstantan zespojono w punkcie 1, natomiast końcówki oznaczone 2 i 2'
dołączono do zacisków miliwoltomierza.

Rys. 22. Schemat poglądowy termoelementu [2, s. 79]

Napięcie termoelektryczne, które można zmierzyć miliwoltomierzem, jest proporcjonalne

do różnicy temperatury spoiny 1 i temperatury końcówek 2 i 2': Utrzymywanie napięcia
termoelektrycznego wymaga podtrzymania tej różnicy temperatur; termoelement można, więc
rozpatrywać jako urządzenie bezpośredniej przemiany energii cieplnej w energię elektryczną.
Termoelementy wykorzystuje się do pomiaru różnicy temperatur. Końcówkę 1 spojenia
metali tworzących termoelement umieszczamy w punkcie pomiarowym, a mili woltomierz,
wy skalowany w kelwinach, wskazuje temperaturę mierzoną.

Generator termoelektryczny TEL jest urządzeniem, w którym zjawiska termoelektryczne

są wykorzystywane do bezpośredniej przemiany energii cieplnej w energię elektryczną. Na
rysunku poniższym przedstawiono schemat generatora termoelektrycznego zbudowanego
z elementów półprzewodnikowych.

Rys. 23. Schemat poglądowy generatora termoelektrycznego [2, s. 79]

Generator ten składa się z dwóch kolumn, z których jedna jest wykonana

z półprzewodnika o przewodnictwie elektrycznym typu N (elektronowym), druga zaś
z półprzewodnika o przewodnictwie typu P (dziurawym). Po stronie gorącej o temperaturze t

1

ogrzewanej ze źródła energii cieplnej, półprzewodniki są połączone płytką metalową. Drugie
końce kolumn są chłodzone.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

Do zacisków strony chłodzonej o temperaturze t

2

może być dołączony odbiornik energii

elektrycznej. Kierunek ruchu elektronów i dziur zaznaczono na rysunku powyższym
strzałkami.

Wytwarzane obecnie generatory TEL dają moce od kilku watów do kilku kilowatów.

Charakteryzują się one dużą pewnością działania. Są to jednak kosztowne źródła energii
elektrycznej i dlatego stosuje się je do specjalnych celów, np. w urządzeniach kosmicznych.

W

generatorze

magnetogazodynamicznym

MGD

energia

wewnętrzna

gazu

przewodzącego przekształca się w energię elektryczną. Zasada działania takiego generatora
jest podobna do zasady działania prądnicy. Gaz przewodzący w generatorze MGD odgrywa
taką samą rolę jak przewód metalowy w prądnicy. Jeśli czynnikiem przewodzącym jest
nieściśliwa ciecz, to generator nosi nazwę generatora magnetohydro-dynamicznego MHD.
W najprostszym generatorze MGD w kanale 7 (rysunek 24) przepływa gaz o temperaturze
1700÷2700°C z prędkością v wynoszą ok. 1000 m/s. Elektromagnes wytwarza w kanale pole
magnetyczne o indukcji magnetycznej B = 3÷6 T. Na zaciskach elektrod indukuje się
napięcie, które w zamkniętym obwodzie zewnętrznym powoduje przepływ prądu I.

Rys. 24. Schemat poglądowy generatora magnetogazodynamicznego:

1 – kanał, w którym przepływa gaz [2, s. 80]

Cechą charakterystyczną generatora MGD jest brak ruchomych części mechanicznych.

Mimo prostej zasady działania ani generator MGD, ani MHD nie jest obecnie powszechnym
źródłem energii elektrycznej ze względu na trudności konstrukcyjne związane z techniką
wysokich temperatur. Badania związane z budową generatorów MGD i MHD są prowadzone
w wielu krajach, w tym również w Polsce

Można wymienić jeszcze kilka innych typów źródeł, w których zachodzi przemiana

energii cieplnej w energię elektryczną. W generatorze termoemisyjnym TEM energia cieplna
jest przekształcana w energię elektryczną dzięki wykorzystaniu zjawiska emisji elektronów
z gorących powierzchni. Generator TEM pracuje w zakresie temperatur 700÷2200°C. Energię
cieplną dostarczoną do generatora TEM uzyskuje się ze spalenia paliw konwencjonalnych
(węgiel, ropa naftowa) lub w wyniku promieniowania radioizotopów, z rozszczepienia
jądrowego itp.

Obecnie prowadzi się prace badawcze, mające na celu rozwiązanie problemów

technologicznych, związanych z konstrukcją generatorów TEM.

W generatorze termomagnetycznym energia cieplna jest zamieniana w energię

elektryczną dzięki wykorzystaniu zależności między zjawiskami cieplnymi a zjawiskami
magnetycznymi.

Wraz

ze

wzrostem

temperatury

namagnesowanie

materiału

ferromagnetycznego zmniejsza się, a po przekroczeniu temperatury krytycznej (zwanej
temperaturą Curie) znika całkowicie i materiał staje się paramagnetyczny. Zależność
własności ferromagnetycznych materiału od temperatury wykorzystuje się do wytwarzania
energii elektrycznej. W generatorze termodielektrycznym energia cieplna może być
przekształcona w energię elektryczną w materiałach dielektrycznych o specjalnych
własnościach. Zjawisko piroelektryczne, ściśle związane ze zjawiskiem piezoelektrycznym,
polega na pojawieniu się ładunków elektrycznych na zewnętrznych powierzchniach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

kryształów podczas ich podgrzewania. Sieć krystaliczna materiału po podgrzaniu deformuje
się, wskutek czego zostaje zakłócona neutralność elektryczna. śadne z wymienionych źródeł
energii elektrycznej nie są obecnie powszechnie stosowane.

4.5.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Na czym polega zjawisko termoelektryczne?

2.

W jaki sposób definiuje się napięcie termoelektryczne?

3.

W jaki sposób zbudowany jest generator termoelektryczny?

4.

W jaki sposób zbudowany jest generator magnetogazodynamiczny?

5.

Jakie znasz inne źródła cieplne?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zmierz i zanotuj napięcie termoelektryczne termoelementu znajdującego się na

stanowisku laboratoryjnym. Wyniki porównaj z drugim termoelementem. Dokonaj
interpretacji wyników.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać uważnie ćwiczenie,

2)

wypisać założenia do ćwiczenia,

3)

dokonać pomiaru napięcia termoelektrycznego,

4)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych źródeł ciepła,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie 2

Rozróżnij generatory znajdujące się na stanowisku laboratoryjnym. Napisz do czego one

służą.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać uważnie ćwiczenie,

2)

wypisać założenia do ćwiczenia,

3)

wypisać do czego służą generatory,

4)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych źródeł ciepła,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

określić na czym polega zjawisko termoelektryczne

2)

zdefiniować napięcie termoelektryczne?

3)

omówić generator termoelektryczny?

4)

omówić generator magnetogazodynamiczny?

5)

wymienić inne źródła cieplne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

4.6. Elektryczne źródła światła

4.6.1. Materiał nauczania

Źródła światła generalnie można podzielić na dwa typy: żarówki i świetlówki. Różnią się

one m.in. długością świecenia, wydajnością, barwą światła i ceną. śarówki dostępne są
w dwóch odmianach:

−

tradycyjne – mają ciepłe, żółte, dodające pomieszczeniom przytulności, światło
wytwarzane przez cienki żarnik wolframowy; bańki żarówek mogą być przezroczyste,
matowe – białe lub barwione na pastelowe kolory; natężenie światła zależy od mocy
żarówek (mają dość niską skuteczność świetlną); są tanie w zakupie, ale stosunkowo
droższe w eksploatacji,

−

halogenowe – dają światło jasne o barwie ciepłej, wiernie oddają kolory oświetlanych
przedmiotów; dostępne są również z filtrami, które nadają światłu ciepłą barwę; żarówki
halogenowe dają średnio dwa razy więcej światła niż tradycyjne tej samej mocy i świecą
dwa-trzy razy dłużej; żarówki halogenowe wysokonapięciowe (przystosowane do
zasilania napięciem 230 V) z gwintem E27 można stosować w takich samych oprawach
jak żarówki tradycyjne, zaś niskonapięciowe (6, 12 lub 24 V – wymagają transformatora)
w oprawach specjalnych; mogą one emitować światło rozproszone lub skupione.
Świetlówki również możemy podzielić:

−

świetlówki liniowe oraz kompaktowe niezintegrowane, składające się z układu
stabilizująco-zapłonowego (statecznika) montowanego w oprawie oraz szklanej rury
prostej lub o innym kształcie, wyposażonej w zakończenia pasujące do konkretnej
oprawy; najczęściej używane są do oświetlania większych pomieszczeń np. hal, biur,
sklepów,

−

kompaktowe zintegrowane (typowy zamiennik żarówki), w których elementy składowe
są ze sobą trwale połączone; mogą zastępować tradycyjne żarówki; mogą mieć różne
kształty; ich sprawność jest 5-krotnie wyższa niż żarówek tradycyjnych, zaś trwałość

10-krotnie większa.
Świetlówki warto stosować w miejscach, w których światło włącza się na długo – na

przykład w przedpokojach czy też na zewnątrz (odpowiednie rodzaje), natomiast raczej nie
zaleca się ich w pomieszczeniach, gdzie światło zapala się na krótko i często – na przykład
w łazienkach czy sypialniach.

Tabela 5. Parametry podstawowych źródeł światła [12, s. 435]

Źródło światła

Zakres sprawności *(lm/W)

Trwałość (h)

śarówka

8 10

1000

śarówka halogenowa

13–24

2000

Świetlówka

43–104

6000–2000

Świetlówka kompatktowa

33–88

6000–12000

* sprawność jest uzależniona od mocy źródła światła, np. żarówka o mocy 100 W ma
strumień świetlny 1300 lm.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

Tabela 6. Minimalne natężenie oświetlenia w zależności od rodzaju czynności lub pomieszczenia [12, s. 456]

Najmniejsze dopuszczalne średnie

natężenie oświetlenia (lx)

Rodzaj czynności lub pomieszczenia

10

Ogólna orientacja w pomieszczeniach

20

Orientacja

w

pomieszczeniach

z rozpoznaniem cech średniej wielkości –
piwnice, strychy

50

Krótkotrwałe

przebywanie

połączone

z wykonywaniem prostych czynności –
korytarze schody

100

Praca nieciągła i czynności dorywcze przy
bardzo

ograniczonych

wymaganiach

wzrokowych

–

hole

wejściowe,

pomieszczenia sanitarne

200

Praca przy ograniczonych wymaganiach
wzrokowych

–

jadalnie,

bufety,

sale

gimnastyczne, portiernie

300

Praca

przy

przeciętnych

wymaganiach

wzrokowych – średnio dokładne prace
manualne, łatwe prace biurowe

500

Praca przy dużych wymaganiach wzrokowych

750

Długotrwała i wytężona praca wzrokowa

1 000

Długotrwała i wyjątkowo wytężona praca
wzrokowa

Źródłem światła emitowanego przez żarówkę zwykłą (argonową) jest spiralna skrętka

wykonana 2 drutu wolframowego. Wskutek przepływającego prądu, skrętka nagrzewa się do
temperatury około 2227°C (2500 K) i część pobranej energii (około 4%) emituje w postaci
światła widzialnego oraz podczerwonego. Temperatura barwowa światła żarówki jest ciepła,
co pozwala wiernie oddawać barwy oświetlanych powierzchni. Wartość strumienia
świetlnego wynika z mocy pobranej przez żarówkę i skuteczności świetlnej. Sposób rozsyłu
światłości (strumienia świetlnego) przez źródło zależy od ukierunkowania spowodowanego
oprawą albo balonem samego źródła.

Gwinty trzonków żarówek zwykłych i halogenowych mają zarys okrągły, jest te gwint

Edisona, oznaczany literą E i wartością średnicy podziałowej – np. E27. Średnica podziałowa
gwintu trzonków – E27, dla żarówek zwykłych wynosi 27 mm, dla mocy większych od 150
W – E40, a dla żarówek iluminacyjnych i świecowych – E14.

a)

b)

c)

d)

e)

Rys. 25. Przykłady żarówek: a) próżniowa, b) kryptonowa, c) halogenowa sieciowa,

d) halogenowa niskonapięciowa, e) specjalna [strona internetowa 15]

śarówki halogenowe na napięcie 12÷24 V mają trzonki szklane albo ceramiczne

o rozstawił styków od 4 do 6,35 mm, a dla mocy większych (150–2000 W) i na napięcie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

230 V są w kształcie rurki o dwóch trzonkach. Typ żarówki i jej trzonka należy uwzględniać
przy zakupie lamp (opraw), bowiem nie każda będzie się nadawała do dowolnego źródła
światła.

Lampy

fluorescencyjne

–

świetlówki

i

lampy

wysokoprężne:

rtęciowe,

metalohalogenkowe, sodowe oraz lampy sodowe niskoprężne są wysoko wydajnymi źródłami
światła, służącymi do oświetlenia wnętrza budynku (świetlówki) oraz zewnętrznego. Wysoka
skuteczność świetlna jest cechą lamp fluorescencyjnych i wyładowczych. Zjonizowane gazy
(pary rtęci – około 3 mg) zawarte wewnątrz tych lamp, pobudzone wyładowaniem łukowym
do świecenia, emitują światło niewidzialne w zakresie ultrafioletu DV C. To promieniowanie
pobudza do świecenia luminofor pokrywający balon albo rurę lampy, dzięki czemu następuje
przetransponowanie energii z pasma światła niewidzialnego do pasma widzialnego. Od
składu luminoforu zależeć będzie barwa światła emitowanego przez lampę, a tym samym
właściwości użytkowe lampy.

Podłączenie świetlówki do obwodu zasilania wymaga specjalnej oprawy zawierającej:

świetlówkę, statecznik, zapłonnik oraz kondensator kompensujący moc bierną pobieraną
przez statecznik. Statecznik włączony w szereg ze świetlówką, wraz z zapłonnikiem
umożliwia jej zapłon, a po jej zapaleniu ogranicza on przepływ prądu; zapłonnik nie odgrywa
już żadnej roli. Kondensator dołączony równolegle do przewodów zasilających lampę
(statecznik i świetlówkę) kompensuje moc bierną pobieraną przez statecznik. Oprawa ze
statecznikiem i zapłonnikiem może być wyposażona w świetlówkę o dowolnej temperaturze
barwowej.

Natężenie oświetlenia jest mierzone w luksach [lx]), a określa je stosunek wartości

strumienia świetlnego ó padającego na daną powierzchnię do wartości pola tej powierzchni S:

S

E

φ

=

[lx = lm / m

2

] lub

α

α

cos

2

r

I

E

=

gdzie:

φ

– strumień świetlny w lumenach [Im]

S – pole powierzchni [m

2

]

l

a

– światłość w kierunku a w kandelach [cd]

r – odległość źródła od oświetlanej powierzchni [m]
α – kąt padania światła.

Luminancja L

αααα

– to stosunek światłości w kierunku a do powierzchni pozornej źródła

światła, prostopadłej do kierunku a:

α

α

α

cos

⋅

=

S

I

L

[nt=cd/m

2

]

Luminancja (mierzona w nitach [nt]), decyduje o kontra

ś

cie o

ś

wietlanych powierzchni

i mo

ż

liwo

ś

ci rozró

ż

niania szczegółów przez obserwatora.

Olśnienie

czyli niewygoda widzenia zwi

ą

zana z padaniem strumienia

ś

wietlnego na oko

(strumie

ń

bezpo

ś

redni lub odbity od jasnej, l

ś

ni

ą

co) powierzchni) jest spowodowano złym

doborem oprawy

ź

ródła

ś

wiatła do o

ś

wietlanego miejsca.

Zgodnie z PN-84/E-02033 „O

ś

wietlenie wn

ę

trz

ś

wiatłem elektrycznym” zaleca si

ę

stosowanie o

ś

wietlenia ogólnego poni

ż

ej 200 lx, ogólnego lub zło

ż

onego (ogólne +

miejscowe) w zakresie 200÷750 lx i zło

ż

onego powy

ż

ej 750 lx. Przy

ś

rednim nat

ęż

eniu

o

ś

wietlenia w zakresie 200÷750 lx zaleca si

ę

stosowanie o

ś

wietlenia ogólnego jako jedynego

rodzaju o

ś

wietlenia tylko w tych pomieszczeniach, w których wykonywane s

ą

czynno

ś

ci

o tym samym stopniu trudno

ś

ci wzrokowej lub, w których stanowiska pracy nie maj

ą

stałej

lokalizacji. Przy stosowaniu o

ś

wietlenia zło

ż

onego nat

ęż

enie o

ś

wietlenia ogólnego

w pomieszczeniu powinno stanowi

ć

co najmniej 20% nat

ęż

enia o

ś

wietlenia zło

ż

onego.

W takim przypadku o jako

ś

ci o

ś

wietlenia na stanowisku pracy a

ż

w 80% decyduje

o

ś

wietlenie miejscowe. W praktyce o

ś

wietleniowej ten zapis w normie pozwala – szczególnie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

dotyczy to stanowisk, na których wymagany jest wysoki poziom natężenia oświetlenia –
stosować odpowiednio dobrane oświetlenie miejscowe. Należy więc pamiętać, aby wartości
średnie natężenia oświetlenia na płaszczyźnie roboczej w stosunku do pozostałej części
pomieszczenia (oświetlonej oprawami oświetlenia ogólnego) nie przekraczało stosunku 5:1.

4.6.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Jaka jest definicja światła?

2.

Jakie znasz rodzaje źródeł światła?

3.

Jakie znasz rodzaje żarówek?

4.

Jakie znasz rodzaje swietlówek?

5.

Jaka jest definicja natężenia oświetlenia?

6.

Jaka jest definicja luminacji?

7.

Jaka jest definicja olśnienia?

8.

W jaki sposób dobieramy oświetlenie do budynku mieszkalnego?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz, jaka jest wartość natężenia oświetlenia w pomieszczeniu mieszkalnym, jeżeli

strumień świetlny wynosi 20 lm, a pole powierzchni pomieszczenia 5 m

2

.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać uważnie ćwiczenie,

2)

wypisać założenia do ćwiczenia,

3)

podać zależność pozwalającą obliczyć natężenie oświetlenia,

4)

obliczyć natężenie oświetlenia,

5)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych źródeł światła,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie 2

Dobierz rodzaj i parametry oświetlenia budynku o wymiarach 25 m x 50 m, który

zamierza wybudować inwestor.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać uważnie ćwiczenie,

2)

wypisać założenia do ćwiczenia,

3)

podać rodzaj oświetlenia,

4)

podać parametry oświetlenia,

5)

zaprezentować efekt swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

45

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca elektrycznych źródeł światła,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

kalkulator,

−−−−

notatnik.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie światła?

2)

sklasyfikować źródła światła?

3)

scharakteryzować żarówki zwykłe?

4)

scharakteryzować żarówki halogenowe?

5)

dobrać rodzaj oświetlenia do pomieszczenia?

6)

dobrać parametry oświetlenia do pomieszczenia?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

46

4.7. Instalacje elektryczne

4.7.1. Materiał nauczania

Instalacja elektryczna jest zespołem urządzeń elektrycznych o skoordynowanych

parametrach technicznych, napięciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V
prądu stałego, przeznaczonych do doprowadzenia energii elektrycznej z sieci rozdzielczej do
odbiorników.

Instalacja taka obejmuje nie tylko przewody i kable elektroenergetyczne, urządzenia

i przyrządy łączeniowe, zabezpieczające, ochronne, sterujące i pomiarowe wraz z ich
obudowami i konstrukcjami wsporczymi, lecz także rezerwowe źródła energii elektrycznej,
takie jak baterie akumulatorowe, urządzenia bezprzerwowego zasilania (UPS) oraz zespoły
prądotwórcze, wraz z instalacjami przynależnymi do tych urządzeń.

Podział instalacji elektrycznych może być oparty na różnych kryteriach. Do bardziej

rozpowszechnionych należy podział ze względu na rodzaj zasilanych odbiorników. Wówczas
rozróżnia się:

−

instalacje oświetleniowe – zasilające zarówno elektryczne źródła światła, jak i inne
urządzenia o niewielkiej mocy, takie jak przenośne urządzenia grzejne w mieszkaniach,
zbiornikowe podgrzewacze wody o małej objętości i mocy;

−

instalacje siłowe – zasilające silniki elektryczne oraz przemysłowe urządzenia grzejne; do
tych instalacji można też zaliczyć instalacje zasilające kuchenki elektryczne i urządzenia
grzejne jako jedyne lub dominujące w pomieszczeniach oraz podgrzewacze wody
o dużych mocach znamionowych.
W zależności od miejsca występowania instalacje dzieli się na:

−

nieprzemysłowe – zasilające odbiorniki elektryczne w budynkach mieszkalnych,
biurowych, szkolnych itp.,

−

przemysłowe – wykonane w zakładach i pomieszczeniach o przeznaczeniu
przemysłowym,

−

inne – np. w obiektach rolniczych, hodowlanych, górnictwie.

Zależnie od przewidywanego czasu użytkowania instalacje dzieli się na:

−

stałe,

−

prowizoryczne (tymczasowe), co do których zakłada się, że będą one eksploatowane
w ograniczonym czasie, krótszym niż 3 lata.
Opis struktury instalacji wykonuje się w języku symboli, stąd najważniejsze z nich

przedstawiono w tabeli 7.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

47

Tabela 7. Oznaczenia symboliczne stosowane na schematach instalacji elektrycznych [14]

Wyróżniamy 3 rodzaje sieci elektrycznych niskiego napięcia:

−

TN: TN – C, TN – S, TN – C – S,

−

TT,

−

IT.
Pierwsza litera (T lub I) oznacza związek między układem sieci a ziemią. Praktycznie

odnosi się do punktu neutralnego (n) transformatora po stronie niskiego napięcia. Druga litera
(N lub T) odnosi się do odbiornika i oznacza związek między przewodzącą obudową
odbiornika, a ziemią. Trzecia i czwarta litera (C lub S) odnoszą się do przewodów
niefazowych i dotyczą tylko układów TN. Znaczenie liter jest następujące: T – terre –
uziemiony, I – isolation – izolowany, N – neutre – neutralny, C – combine – wspólny, S –
separe – oddzielny, L – przewód fazowy, PE – przewód ochronny, PEN – przewód ochronno
– neutralny, CC – przewód wyrównawczy, M – przewód środkowy, n – punkt neutralny
transformatora. Sieć typu TNC (zerowanie) „stara” powstała w latach 1955 – 57 przedstawia
rysunek 26.

Rys. 26. Sieć typu TNC [12, s. 234]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

48

Sieć typu TN-S „nowa” obowiązuje od 01.01.1995 przedstawia rysunek 27.

Rys. 27. Sieć typu TN – S [12, s. 235]

Instalacje elektryczne pracują w różnych warunkach środowiskowych, na które składa się

wilgotność, temperatura, zapylenie oraz obecność substancji żrących, łatwopalnych lub
wybuchowych. W celu ujednolicenia wymagań stawianych instalacjom i urządzeniom
elektrycznym wprowadzono podział pomieszczeń charakteryzujących się różnego typu
zagrożeniami. Rodzaje pomieszczeń, ich przykłady oraz charakterystykę podaje poniższa
tabelka.

Tabela 8. Rodzaje pomieszczeń i ich przykłady [12, s. 245]

Rodzaj pomieszczenia

Charakterystyka pomieszczenia

Przykłady

Suche

Temp. +5 do 35°C, wilgotność do
75%

Mieszkania, biura, szkoły,
szpitale

Przejściowo – wilgotne

Temp.-5 do +35°C, wilgotność do
75%, bez gwałtownych zmian
temp.,

mogą

występować

skropliny

Łazienki w mieszkaniach,
klatki schodowe, piwnice,
niektóre kuchnie

Wilgotne

Temp. do +35°C, wilgotność 75-
100%

Piwnice źle przewietrzane,
suszenie bielizny, kuchnie
w szkole

Bardzo

wilgotne

i mokre

Wilgotność

ok.

100%,

pomieszczenie

pokryte

skroplinami, temp. do 35°C

Kabiny kąpielowe, łaźnie,
browary, gorzelnie

Gorące

Temp. ponad +35°C

Oranżerie,

palmiarnie,

prasowalnie

Zapylone

Zawierające pyły niepalne

Cementownie,

zakłady

wapiennicze,

kruszarnie,

szlifiernie

Niebezpieczne

pod

względem pożarowym

Są

to

pomieszczenia,

w

których

przerabia

się

i produkuje materiały łatwopalne

Składy

drewna,

węgla,

materiałów włókienniczych,
garaże, suszarnie

Zagrożone wybuchem

Powstają lub mogą powstać
mieszaniny wybuchowe

Fabryki

materiałów

wybuchowych,

rafinerie,

lakiernie, wytwórnie waty

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

49

4.7.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Jaka jest definicja instalacji elektrycznej?

2.

Jakie są elementy wchodzące w skład instalacji elektrycznej?

3.

Jaka jest klasyfikacja instalacji elektrycznej?

4.

Jakie znasz symbole stosowane w budowie instalacji elektrycznej?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj rodzaj instalacji elektrycznej oraz elementy wchodzące w skład instalacji

elektrycznej, której schemat znajduje się na stanowisku laboratoryjnym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)

obejrzeć schemat podłączonej instalacji elektrycznej,

2)

odczytać schemat instalacji elektrycznej,

3)

rozpoznać rodzaj instalacji elektrycznej,

4)

rozpoznać elementy wchodzące w skład instalacji elektrycznej,

5)

zaprezentować efekt swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca instalacji elektrycznej,

−−−−

przybory kreślarskie,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj na podstawie rysunku z fragmentem instalacji elektrycznej elementy

wchodzące w skład tej instalacji. Wypisz i nazwij te elementy.

Rysunek do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

50

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przerysować układy instalacji elektrycznej,

2)

narysować symbole zastosowane w podanej instalacji elektrycznej,

3)

nazwać te symbole,

4)

przerysować symbole instalacji elektrycznej,

5)

zaprezentować symbole na tablicy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika dla ucznia,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

notatnik.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie

definicję instalacji elektrycznej?

2)

wymienić elementy instalacji elektrycznej?

3)

dokonać podziału instalacji elektrycznej?

4)

rozróżniać rodzaje instalacji elektrycznej?

5)

scharakteryzować układ TNC?

6)

scharakteryzować układ TNS?

7)

odczytać schematy instalacji elektrycznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

51

4.8. Miernictwo elektryczne

4.8.1. Materiał nauczania

Woltomierz jest to przyrząd pomiarowy za pomocą, którego mierzy się napięcie

elektryczne (jednostka napięcia wolt).

Rys. 28. Wygląd woltomierza [12, s. 112]

Woltomierz jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz

posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się
pomijalnie małego upływu prądu przez cewkę pomiarową. Obwody, w których dokonujemy
pomiaru napięcia mogą mieć różną konfigurację i parametry, które pod wpływem włączenia
woltomierza do obwodu ulec mogą zmianie, obarczając wynik pomiaru pewnym błędem –
gdyż

woltomierz

zasilanie

(moc)

czerpie

najczęściej

z

układu.

Woltomierz

magnetoelektryczny służy do pomiaru napięć stałych. Woltomierz elektromagnetyczny służy
do pomiaru napięć przemiennych.

Rys. 29. Sposób włączenia woltomierza do pomiaru napięcia na rezystancji R

o

[opracowanie własne]

Amperomierz jest włączany szeregowo w obwód elektryczny. Idealny amperomierz

posiada nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną. W amperomierzach realizowalnych
fizycznie wartość rezystancji wewnętrznej jest różna od zera. W związku z tym występuje na
nich spadek napięcia mający wpływ na dokładność wyniku dokonanego pomiaru. Rezystancję

R

v

U

v

R

o

U

o

E

R

w

V

++++

−−−−

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

52

wewnętrzną amperomierza można pominąć w pomiarach technicznych, przy zachowaniu
warunków znamionowych pomiaru.

Rys. 30. Wygląd amperomierza tablicowego [14]

Rys. 31. Sposób włączenia amperomierza w celu pomiaru natężenia

prądu płynącego przez odbiornik R [opracowanie własne]

Watomierz – jest przyrządem przeznaczonym do pomiaru mocy czynnej. Watomierze

budowane są jako mierniki: elektrodynamiczne, ferrodynamiczne oraz indukcyjne.
Watomierz elektrodynamiczny – najczęściej spotykany typ miernika. Przeznaczony jest do
pomiaru mocy w obwodach prądu stałego i przemiennego. Ma on dwie cewki: nieruchomą
cewkę prądową, o małej rezystancji oraz ruchomą cewkę napięciową, o dużej rezystancji.
Cewkę prądową włącza się do układu poprzez zaciski prądowe, szeregowo z obciążeniem.
Cewkę napięciową – poprzez zaciski napięciowe, równolegle z obciążeniem.

Omomierz – przyrząd służący do pomiaru rezystancji. Do pomiaru rezystancji

wykorzystuje się zależności występujące w prawie Ohma, czyli przez pomiar lub ustawienie
natężenia prądu płynącego i napięcia na badanym elemencie. Klasyczne układy omomierzy
można podzielić na szeregowe i równoległe.

Omomierz szeregowy – układ składa się ze źródła napięcia, rezystora i przeskalowanego

amperomierza oraz badanego elementu. Wszystkie elementy połączone są szeregowo.
Pomiaru dokonuje się przez pomiar natężenia prądu, przeskalowany miernik wskazuje opór.
Najprostsze mierniki posiadają pokrętło do regulacji podłączonego szeregowo oporu, by
korygować zmiany napięcia w trakcie zużycia baterii.

Omomierz równoległy – układ składa się ze źródła napięcia stałego, opornika

wzorcowego, te elementy wraz z badanym rezystorem połączone są szeregowo. Równolegle
do badanego elementu podłączony jest amperomierz, skala amperomierza jest wyskalowana
w jednostkach oporu.

R

A

R

E

R

w

++++

−−−−

A

I

A

a

b

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

53

.

Rys. 32. Miernik uniwersalny pracujący jako omomierz [strona internetowa 14]

Multimetr jest zespolonym urządzeniem pomiarowym posiadającym możliwość pomiaru

różnych wielkości fizycznych. Termin stosowany najczęściej w elektrotechnice do opisania
urządzenia zawierającego co najmniej: amperomierz, woltomierz, omomierz. Cechą
charakterystyczną jest sposób prezentacji pomiaru – zawsze na tym samym elemencie
wyjściowym, przy użyciu:

−

wskaźnika wychyłowego napędzanego siłą elektrodynamiczną w multimetrze
analogowym,

−

wyświetlacza LCD lub LED sterowanego mikroprocesorowo w multimetrze cyfrowym,

−

interfejsu elektronicznego do przekazania danych np. do komputera.
Nowoczesne multimetry potrafią m.in. realizować kilka pomiarów jednocześnie,

np. wartości napięcia i jego częstotliwości, zapamiętywać mierzone wielkości, czy wyznaczać
średnią z pomiarów.

Rys. 33. Wielofunkcyjny miernik elektryczny – multimetr [14]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

54

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do ćwiczeń.

1.

Do czego służy woltomierz?

2.

W jaki sposób włączamy woltomierz do obwodu?

3.

Do czego służy amperomierz?

4.

W jaki sposób włączamy amperomierz do obwodu?

5.

Do czego służy omomierz?

6.

W jaki sposób włączamy omomierz do obwodu?

7.

Do czego służy watomierz?

8.

W jaki sposób włączamy watomierz do obwodu?

9.

Do czego służy multimetr?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj pomiaru mocy prądu stałego oraz sporządź sprawozdanie. Zaprezentuj

otrzymane wyniki.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury dotyczący pomiaru mocy,

2)

połączyć układy pomiarowe dotyczące pomiaru mocy,

3)

dokonać niezbędnych obliczeń,

4)

przeprowadzić analizę wyników,

5)

wyciągnąć wnioski,

6)

przeprowadzić analizę otrzymanych wyników,

7)

zaprezentować efekty swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca miernictwa elektrycznego,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

notatnik.

Rysunek do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

55

Rysunek do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]

Wzory do obliczeń:

P

P

P

O

∆

−

=

)

(

)

(

2

0

A

IW

A

IW

O

R

R

I

U

U

I

P

+

=

+

=

∆

IW

IW

R

I

U

⋅

=

0

A

A

R

I

U

⋅

=

0

gdzie:

−

A

R

rezystancja amperomierza

−

IW

R

rezystancja cewki prądowej watomierza

)

1

1

(

)

(

2

0

0

V

UW

V

UW

R

R

U

I

I

U

P

+

=

+

=

∆

UW

UW

R

U

I

0

=

V

O

V

R

U

I

=

gdzie:

−

V

R

rezystancja woltomierza

−

UW

R

rezystancja cewki napi

ę

ciowej watomierza

Tabela 9. Tabela pomiarowa do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]

I

U

I

U

P

⋅

=

'

P

'

P

∆

P

P

P

∆

−

=

'

'

0

P

P

P

∆

−

=

0

Lp.

układ

A

V

W

W

W

W

W

1

2

a

1

2

b

Rysunek do ćwiczenia 1 [opracowanie własne].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

56

Tabela pomiarowa do schematu pomiarowego do ćwiczenia 1 [opracowanie własne]

W

R

W

U

0

U

0

P

Odbiornik

Ω

V

V

W

1

Odb.1

2

1

Odb.2

2

Ćwiczenie 2

Dokonaj pomiaru i regulacji napięcia stałego. Dobierz aparaturę kontrolno-pomiarową.

Zaprezentuj otrzymane wyniki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

2)

połączyć układy pomiarowe w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

3)

dokonać pomiarów,

4)

przeanalizować wyniki,

5)

zinterpretować wyniki,

6)

zaprezentować efekty swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca miernictwa elektrycznego,

−

notatnik.

U= 24 V

Rysunek do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

Zakres

α max

Cv

α

U

Lp.

V

dz

V/dz

dz

V

1.

2.

V

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

57

Rysunek do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

Cv

Α

U

1

U

2

U

2

/U

1

Położenie
Suwaka

Lp.

V/dz

Dz

V

V

V

Skrajne
dolne

1.

¼
dług.

2.

Środ-
kowe

3.

¾
dług.

4.

Skrajne
Górne

5.

Rysunek do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 2 [opracowanie własne]

n

1

=

n

2

=

Lp.

U

w

U

b

n

1

·U

b

∆U

Uw

U

b

n

2

·U

b

∆U

Klasa

dokładności

1.

2.

3.

4.

5.

V

U

2

U

1

R

s

V

V

U

b

V

w

R

s

U

R

d

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

58

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiar natężenia prądu metodą bezpośrednią dla kilku wartości rezystancji

odbiornika R

o

, np. 100

Ω

, 1000

Ω

, 5 k

Ω

, 10 k

Ω

. Wyniki pomiarów i obliczeń umieść

w tabeli.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

2)

połączyć układy pomiarowe w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

3)

dokonać pomiarów,

4)

przeanalizować wyniki,

5)

zinterpretować wyniki,

6)

zaprezentować efekty swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca miernictwa elektrycznego,

−

notatnik.

Rysunek do ćwiczenia 3 [opracowanie własne]

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 3[opracowanie własne]

rezystancja

R

o

zakres

pomiarowy I

N

wskazanie

I

A

klasa

miernika

Ω

mA

mA

%

parametry

miernika

R

A

= ....

Ω

Ćwiczenie 4

Zmierz rezystancję wybranych rezystorów korzystając z omomierza cyfrowego. Pomiar

R

xc

omomierzem cyfrowym potraktować jako poprawny. Zanotuj także wartości rezystancji

(wraz z tolerancją) określone przez producenta (nadruk na rezystorze).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:

1)

sporządzić wykaz aparatury w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

2)

połączyć układy pomiarowe w celu wykonania pomiaru napięcia i prądu,

3)

dokonać pomiarów,

A

R

o

I

A

E

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

59

4)

przeanalizować wyniki,

5)

zinterpretować wyniki,

6)

zaprezentować efekty swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

aparatura kontrolno-pomiarowa,

−

przybory kreślarskie,

−

przybory do pisania,

−

literatura z rozdziału 6 dotycząca miernictwa elektrycznego,

−

notatnik.

Tabela pomiarowa do ćwiczenia 4 [opracowanie własne]

R

xc

wartość

R

moc

P

I

max

Ω

Ω

W

mA

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

dokonać pomiaru natężenia prądu elektrycznego?

2)

dokonać pomiaru napięcia elektrycznego?

3)

dokonać pomiaru mocy elektrycznej?

4)

dokonać pomiaru przy pomocy multimetru elektrycznego?

5)

omówić zasady przeprowadzania pomiarów?

6)

dobrać przyrządy pomiarowe i posługiwać się nimi?

7)

posłużyć się miernikami elektrycznymi?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

60

4.9. Zasady bezpiecznej eksploatacji urządzeń elektrycznych

4.9.1. Materiał nauczania

Porażenie prądem elektrycznym może nastąpić na skutek:

−

dotknięcia części znajdującej się stale pod napięciem,

−

dotknięcia części urządzeń które znalazły się pod napięciem na skutek uszkodzenia
izolacji,

−

znalezienia się na powierzchni ziemi mającej różne potencjały.
Skutki działania urazu elektrycznego na organizm ludzki zależą od:

−

rodzaju kontaktu z prądem elektrycznym,

−

rodzaju prądu,

−

wartości napięcia,

−

wartości prądu,

−

częstotliwości,

−

drogi przepływu prądu,

−

czasu przepływu prądu,

−

gęstości prądu,

−

rezystancji ciała ludzkiego.
Badanie szkodliwego działania prądu przepływającego przez organizm ludzki jest trudne

i odpowiedzialne z wielu przyczyn. Do najważniejszych trudności należy zaliczyć
niebezpieczeństwo, które występuje w czasie badań i prób. Z tych względów doświadczenia
prowadzone na ochotnikach mogą dotyczyć prądów wyłącznie o małych wartościach.
Przeprowadzone badania doświadczalne na zwłokach ludzkich, przez które przepuszczane
były prądy o większym natężeniu, nie dały pełnego obrazu wszystkich zjawisk,
występujących przy przepływie prądu przez organizmy żywe. Najwięcej wyników zebrano
z doświadczeń na zwierzętach. Jednak i te wyniki obarczone są pewnym błędem, gdyż różne
zwierzęta różnie reagują na przepływający prąd.

Badania wykazały, że najważniejszymi skutkami przepływu prądu przez organizm są:

−

skurcze mięśni i utrata kontroli porażonego nad działalnością mięśni,

−

utrata świadomości (działanie na układ nerwowy),

−

zakłócenie oddychania (skurcz mięśni oddechowych),

−

zakłócenie pracy serca, polegające na zatrzymaniu akcji serca bądź migotaniu komór
sercowych,

−

oparzenia zewnętrzne i wewnętrzne,

−

pośrednie działanie prądu elektrycznego.
Porażony nie może bez pomocy innej osoby oderwać się od źródła prądu, a tym samym

może pozostać pod jego działaniem przez dłuższy czas. Występuje tu zjawisko skurczu
mięśni zginających.

Zjawisko to jest jednym z częstszych powodów śmiertelnego porażenia, gdyż dłuższe

przebywanie pod napięciem powoduje wydzielanie się dużych ilości ciepła (oparzenia)
i opisane dalej zaburzenia w pracy serca.

Utrata świadomości następuje na skutek oddziaływania prądu na układ nerwowy.

Oddziaływanie to polega na zagęszczeniu jonów na granicy przejścia prądu pomiędzy
komórkami ciała o lepszej przewodności do komórek o gorszej przewodności.

Większość badaczy tego zjawiska uważa, że podrażnienie układu nerwowego

spowodowane jest zakłóceniem równowagi jonów. Gromadzenie się jonów występuje przy
prądzie zmiennym o stosunkowo niskiej częstotliwości do 500 Hz.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

61

Przy większych częstotliwościach tylko część jonów zdąży przebyć odpowiednią drogę

w czasie połowy okresu i zagęszczenie jonów pomiędzy komórkami jest coraz mniejsze. Przy
częstotliwościach 10 000 Hz nie tworzą się już prawdopodobnie wyczuwalne skupienia
jonów powodujących utratę przytomności, dlatego prąd o tej częstotliwości i większej nie
oddziaływuje już w tak niebezpieczny sposób na układ nerwowy jak prąd niższej
częstotliwości.

Zatrzymanie oddychania występuje przy dłuższym przepływie prądu przez klatkę

piersiową. Następuje tu skurcz mięśni oddechowych; mięśnie te normalnie powodują
rozszerzanie klatki piersiowej powodując ruchy oddechowe. Skurcz mięśni uniemożliwia
oddychanie i jeżeli porażony nie zostanie dostatecznie szybko uwolniony spod napięcia,
zginie wskutek uduszenia.

Zakłócenie pracy serca. Praca serca polegająca na miarowych skurczach tłoczy krew do

organizmu. W każdym cyklu pracy serca trwającym około 0,8 s występuje moment trwający
około 0,2 s, w którym serce jest szczególnie wrażliwe na przepływ prądu. Jeżeli przy
krótkotrwałym przepływie prądu moment przepływu przypada na początek rozkurczu komór
(przerwa w pracy serca), to prawdopodobieństwo wystąpienia migotania komór sercowych
jest duże. Przy przepływie krótszym niż 0,2 s wystąpienie migotania komór sercowych jest
rzadkie. Prąd płynący dłużej niż 1 s nie może pominąć momentu największej wrażliwości
serca.

Stosunkowo najświeższe badania przeprowadzone na zwierzętach podały zależności

wartości i czasu przepływu prądu o częstotliwości 50–60 Hz, który nie powoduje zjawiska
migotania komór sercowych.

Migotanie komór sercowych powoduje zatrzymanie akcji serca, ustanie przepływu krwi

i śmierć na skutek niedotlenienia organizmu. Migotanie komór sercowych powodują
wyłącznie prądy o częstotliwości sieciowej, to jest o częstotliwości 40 do 60 Hz.

Oparzenia wewnętrzne i zewnętrzne zależne są od natężenia prądu, czasu jego przepływu

i odporności ciała ludzkiego. Oparzenia zewnętrzne występują w miejscu zetknięcia ciała
z przewodnikiem. Oparzenia wewnętrzne występujące na całej drodze przepływu prądu przez
ciało ludzkie są groźniejsze od oparzeń zewnętrznych, dlatego, że oparzenia te są
niewidoczne.

Działanie cieplne prądu może doprowadzić do częściowego lub całkowitego zniszczenia

komórek. Znane są przypadki rozerwania naczyń krwionośnych lub zniszczenia tkanek
ścięgien czy kości przez prądy o dość dużych natężeniach. Oczywiście największe ilości
wytworzonego ciepła powstają w miejscach ciała mającego większą rezystancję (opór
czynny).

Duże wartości prądów przepływając przez ciało są przyczyną oparzeń wewnętrznych,

uszkodzeń mięśni i przechodzenia do krwi barwnika mięśniowego, tzw. mioglobiny.
Mioglobina jest substancją szkodliwą dla pracy nerek, hamującą wydzielanie moczu. Większe
ilości mioglobiny powodują śmiertelne zatrucie porażonego dopiero w kilka dni po porażeniu.

Do poważniejszych obrażeń może dojść w przypadku przebywania w polu działania łuku

elektrycznego. W czasie zwarcia prąd zwarciowy może dochodzić do kilku tysięcy amperów.
W miejscu zwarcia temperatura łuku nierzadko przekracza 2500ºC, a dynamiczne działanie
zwarcia powoduje zjawisko podobne do eksplozji.

Tak więc przebywanie w promieniu działania łuku może spowodować:

−

mechaniczne uszkodzenie ciała mające wygląd ran ciętych, potłuczeń itp,

−

oparzenia do trzeciego stopnia włącznie,

−

zapalenie odzieży,

−

pary metali osadzają się na skórze powodując niebolesne obrzęki o barwie żółtej,
brązowej lub czarnej,

−

świetlne działanie powoduje: światłowstręt, łzawienie, zapalenie spojówek, obrzęk itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

62

Do urazów pośrednich możemy zaliczyć również tzw. uszkodzenia mechaniczne

występujące wskutek upadku z wysokości i utraty równowagi.
Stopień porażenia człowieka zależy od następujących czynników.

Z prawa Ohma wynika, że natężenie prądu zależy od napięcia i oporności ciała. Reakcje

ludzi na prąd przepływający przez ciało w zależności od natężenia są różne. Inne są u kobiet
niż u mężczyzn, a jeszcze inne u dzieci. Zależą one też od cech indywidualnych każdego
osobnika. Niemniej, w wyniku wielu badań zdołano ustalić pewne wartości średnie
zestawione w tabeli. Podane wartości odnoszą się do mężczyzn, dla kobiet i dzieci są one
niższe.

Średnie wartości prądu stałego i przemiennego [5, s. 25]

Prąd

w mA

Prąd przemienny

50-60 Hz

Prąd

w mA

Prąd stały

1–1,5

Początek

odczuwania

przepływu prądu

3–6

Powstają skurcze mięśni
i odczucie bólu

5–8

Początek odczuwania przepływu prądu

10–15

Silne skurcze mięśni Ręce
z trudem można oderwać od
przewodu

Silne

bóle

w palcach,

ramionach

i plecach

Uczucie ciepła

15–25

Bardzo

silny

skurcz

Samodzielne oderwanie się
jest niemożliwe Bardzo silne
bóle Utrudniony oddech

20–25

Powstają skurcze Znaczne odczuwanie
ciepła

większy
niż 30

Bardzo silne skurcze Utrata
przytomności i migotanie
komór sercowych

Czas przepływu ma zasadnicze znaczenie na migotanie komór sercowych. Działanie

cieplne prądu zależy od czasu przepływu w sposób oczywisty.

O wpływie częstotliwości przepływającego prądu mowa jest wyżej. Dodatkowo można

uzupełnić, że przy większych częstotliwościach zakres natężeń bezpośrednio śmiertelnych
przesuwa się w stronę większych wartości prądu i tak np. przy 5000 Hz dopiero natężenie 1 A
jest śmiertelne. To samo zjawisko występuje przy częstotliwościach mniejszych niż 10 Hz,
zaś prąd stały powoduje śmierć dopiero przy natężeniu około 1,2 A.

Droga przepływu prądu przez ciało ludzkie ma istotny wpływ na skutki rażeń, przy czym

największe znaczenie ma to, jaka część prądu przepływa przez serce i przez układ
oddechowy. Według publikowanych danych przy przepływie prądu na drodze: ręka-ręka:
przez serce przepływa – 3,3% prądu ogólnego, lewa ręka-nogi: przez serce przepływa – 3,7%
prądu ogólnego, prawa ręka-nogi: przez serce przepływa – 6,7% prądu ogólnego, noga-noga:
przez serce przepływa – 0,4% prądu ogólnego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

63

Prawie dwukrotne zwiększenie prądu przepływającego przez serce w przypadku

przyłożenia elektrod do prawej ręki i nóg tłumaczy się tym, że oś podłużna serca leży na tej
właśnie drodze.

Stan fizyczny i psychiczny człowieka ma duży wpływ na zwiększenie niebezpieczeństwa

porażenia. Stan podniecenia badanego człowieka powodował wydzielanie się potu, a tym
samym zmniejszenie rezystancji i wzrost natężenia przepływającego prądu. Oprócz tego takie
stany psychiczne jak; roztargnienie, zdenerwowanie czy zamroczenie alkoholem zmniejszają
zdolność reagowania i zwiększają możliwość powstania wypadku. Stan fizyczny ma również
duży wpływ na odporność organizmu, np. pocenie się, stany osłabienia i wyczerpania
chorobowego.

Wyróżniamy następujące sposoby ochrony przeciwporażeniowej: środki organizacyjne,

środki techniczne.

W urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu znamionowym nie wyższym niż 1 kV

ochronę przeciwporażeniową należy zapewnić przez zastosowanie:

−

napięć bezpiecznych,

−

ochrony przeciwporażeniowej podstawowej oraz jednego z następujących środków
ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej:

−

zerowania,

−

uziemienia ochronnego,

−

wyłączników przeciwporażeniowych różnicowoprądowych,

−

separacji odbiorników,

−

izolacji stanowiska,

−

izolacji ochronnej.
Do ochrony podstawowej (przed dotykiem bezpośrednim) zaliczamy: izolowanie

przewodów, aparatów urządzeń, stosowanie osłon, barier, ogrodzeń przenośnych
uniemożliwiających przypadkowe dotknięcie części pod napięciem, stosowanie odstępów
izolacyjnych, umieszczenie części będących pod napięciem poza zasięgiem człowieka,
zabezpieczenie przewodów przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Do środków organizacyjnych zaliczamy: podnoszone kwalifikacje pracowników,

zapewnienie bezpieczeństwa i higieny pracy, dokonywanie atestów urządzeń.

Jednym z podstawowych środków ochrony stosowanej przed skutkami nadmiernego

wzrost napięcia jest wyłącznik nadmiarowo – prądowy przedstawiony na rysunku poniżej.

Rys. 34. Wyłącznik nadmiarowo – prądowy [15]

Innym środkiem ochrony jest zastosowanie wyłącznika nadprądowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

64

Rys. 35. Wyłącznik nadprądowy [15]

Instalacje rozdziału energii elektrycznej dla potrzeb techniki zdjęciowej, dźwięku

i oświetlenia powinny być zaprojektowane i wykonane zgodnie z przepisami dotyczącymi
instalacji elektrycznych w obiektach budowlanych (na terenie budowy i rozbiórki) oraz
utrzymywane i użytkowane w taki sposób, aby nie stanowiły zagrożenia pożarowego lub
wybuchowego, a także chroniły w dostatecznym stopniu pracowników przed porażeniem prądem
elektrycznym.

Środkiem ochrony układu oddechowego jest maska ochronna. Środkiem ochrony wzroku

są okulary ochronne. W celu ochrony rąk podczas lutowania elementów elektrycznych należy
zastosować rękawice ochronne. Opaskę uciskową należy stosować w przypadku obcięcia lub
oderwania kończyny. W czasie udzielania pierwszej pomocy tętno sprawdza się po jednej
stronie szyi, trzema środkowymi palcami. Masaż serca należy wykonywać przez uciskanie 1/3
dolnej części mostka.

Podstawowym aktem prawnym dotyczącym ochrony przeciwpożarowej jest Ustawa

z dnia 24.08.1991 o ochronie przeciwpożarowej (Dz.U.81 z 1991). Aktem wykonawczym do
tej ustawy jest Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie
ochrony przeciwpożarowej budynków i innych obiektów budowlanych.

4.9.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Jaka jest definicja ochrony przeciwporażeniowej?

2.

Jakie są skutki działania prądu na organizm ludzki?

3.

Jakie są stopnie porażenia prądem elektrycznym?

4.

Jakie są sposoby ochrony przeciwporażeniowej?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dobierz, na podstawie wartości znamionowych urządzeń elektrycznych środki ochrony

przeciwporażeniowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wymienić elementy będące na wyposażeniu instalacji elektrycznej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

65

2)

na podstawie dokumentacji technicznej podać znamionowe parametry pracy urządzeń,

3)

na podstawie wypisanych wartości znamionowych urządzeń dobrać zabezpieczenie
nadprądowe do układu,

4)

na podstawie wartości znamionowych urządzeń audiowizualnych dobrać zabezpieczenie
różnicowoprądowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

regulaminy i instrukcje urządzeń elektrycznych,

−−−−

dokumentacja techniczna urządzeń,

−−−−

zabezpieczenia nadprądowe oraz ich dokumentacja techniczna,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca zasad bezpiecznej eksploatacji urządzeń elektrycznych.

Ćwiczenie 2

Dobierz środki ochrony przeciwporażeniowej, w którym znajdują się podstawowe

urządzenia elektryczne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

wymienić urządzenia elektryczne do projektowanej instalacji elektrycznej,

2)

na podstawie dokumentacji technicznej podać znamionowe parametry pracy urządzeń,
np. napięcie znamionowe, prąd znamionowy,

3)

na podstawie wypisanych wartości znamionowych urządzeń dobrać zabezpieczenie
nadprądowe do układu,

4)

na

podstawie

wartości

znamionowych

urządzeń

dobrać

zabezpieczenie

różnicowoprądowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

regulaminy i instrukcje urządzeń,

−−−−

dokumentacja techniczna urządzeń audiowizualnych,

−−−−

zabezpieczenia nadprądowe oraz ich dokumentacja techniczna,

−−−−

literatura z rozdziału 6 dotycząca zasad bezpiecznej eksploatacji urządzeń elektrycznych.

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie ochrony przeciwporażeniowej?

2)

opisać działanie prądu na organizm ludzki?

3)

omówić skutki przepływu prądu przez ciało ludzkie?

4)

omówić stopnie porażenia prądem elektrycznym?

5)

wymienić sposoby ochrony przeciwporażeniowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

66

4.10. Podstawowe pojęcia z elektroniki, wykorzystanie elektroniki

w przemyśle optycznym

4.10.1. Materiał nauczania

Bramką, czyli funktorem nazywamy podstawowy układ kombinacyjny realizujący

funkcję logiczna jednej, dwu lub więcej zmiennych (argumentów).

Podstawowe funktory posiadają tylko jedno wyjście. Zatem funktory są to elementarne

układy cyfrowe realizujące podstawowe funkcje logiczne:

−

funktor iloczynu

−

funktor sumy

−

funktor negacji

−

funktor negacji iloczynu

−

funktor negacji sumy

a

b

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

a

b

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

a

Y

o

1

1

0

a

b

Y

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

a

b

Y

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

67

−

funktor sumy modulo 2

−

funktor równoważności

Podstawowe prawa i aksjomaty

W algebrze Boolea jak w matematyce występują pewne prawa:

−

przemienności a

∪

b=b

∪

a

∩

b=b

∩

a

−

łączności dodawania a

∪

(b

∪

c)= (a

∪

b)

∪

c

−

mnożenia

a

∩

(b

∩

c)= (a

∩

b)

∩

c

−

rozdzielności mnożenia wzgl. dodawania

a

∩

(b

∪

c)= (a

∩

b)

∪

(a

∩

c)

−

rozdzielności dodawania wzgl. Mnożenia

a

∪

(b

∩

c)= (a

∪

b)

∩

(a

∪

c)

Dioda jest elementem o nieliniowym oporze elektrycznym, zasadniczo przepuszczającym

prąd tylko w jedną stronę. Wyróżnia się m.in. diody:

−

prostownicze (takie zwykłe),

−

szybkie (lepsze czasy przełączania – każdą dioda charakteryzuje pewien czas przez który
po zmianie polaryzacji płynie impuls prądu wstecznego, o określonej dla danej diody
amplitudzie),

−

Schottky'ego (przechowują niewielki ładunek, więc szybciej się przełączają),

−

Zenera (przewodzą także w przeciwnym kierunku, jednak po przekroczeniu ściśle
określonego napięcia zaporowego),

−

świecące (LED, emitują światło),

−

fotodiody (oświetlenie spolaryzowanego zaporowo złącza powoduje wzrost prądu
wstecznego).
Tranzystor – jest to element o regulowanym elektronicznie oporze, często

wykorzystywany do wzmacniania sygnałów lub jako przełącznik elektroniczny.

Tranzystor bipolarny posiada trzy wyprowadzenia – emiter (E), baza (B), kolektor (C),

przepływający przez niego prąd reguluje się poprzez przyłożenie napięcia między bazą
a emiterem. W tranzystorach PNP prąd płynie od emitera (o wyższym potencjale) do
kolektora, w NPN na odwrót. Należy też pamiętać, że tranzystor bipolarny to nie bramka czy
coś w tym stylu – jeżeli przyłożymy napięcie w kierunku przewodzenia do bramki to prąd
popłynie nawet gdy nie ma przyłożonego napięcia kolektor – emiter (bramka nie jest
izolowana).

a

b

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

a

b

Y

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

68

Rys. 36. Tranzystory NPN i PNP spolaryzowane w kierunku przewodzenia

(niebieska strzałka pokazuje kierunek prądu) [14]

Tranzystor unipolarny (polowy) posiada trzy wyprowadzenia – dren (D), bramka (G),

źródło (S), regulacja odbywa się poprzez regulację napięcia między źródłem a bramką.
W technice MOSFET regulacja wygląda tak samo, możliwe jest też wytworzenie
tranzystorów wstępnie otwartych, które możemy regulować zarówno dodatnim jak i ujemnym
napięciem oraz tranzystorów wielobramkowych oraz tranzystorów z izolowaną bramką.

Tyrystor – jest to element o regulowanym elektrycznie stanie przewodzenia, przewodzić

on może od anody do katody (tylko w tą stronę), pod warunkiem, że zostanie wyzwolony
impulsem bramki (dodatnie napięcie względem katody) bądź wzrostem napięcia
przyłożonego. W odróżnieniu od tranzystora tyrystor przewodzi również po zaniku napięcia
przyłożonego do bramki (przerywa dopiero, gdy zostanie przerwane przewodzenie). Triak jest
w zasadzie dwukierunkową wersją tyrystora odpowiadającą funkcjonalnie połączonym
antyrównolegle dwóm tyrystorom. W zrozumieniu jak to działa przydany może być schemat
zastępczy tyrystora na tranzystorach bipolarnych.

Rys. 37. Tyrystor [14]

4.10.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora iloczynu?

2.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora sumy?

3.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora negacji?

4.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora negacji iloczynu?

5.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora negacji sumy?

6.

Jaki jest symbol i tablica prawdy funktora sumy modulo 2?

7.

Jakie są podstawowe prawa algebry Boole’a?

8.

Jakie znasz rodzaje diod?

9.

W jaki sposób zbudowany jest tranzystor bipolarny?

10.

W jaki sposób zbudowany jest tranzystor unipolarny?

11.

Do czego służy tyrystor?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

69

4.10.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zbuduj z bramek NAND i NOR układ odpowiadający: negacji, sumy logicznej, iloczynu

logicznego, układu zadanego przez nauczyciela, układu własnej inwencji. Każdy
z utworzonych układów zaopatrzony w tabele prawdziwości z pomiarów, która potwierdzona
będzie zapisanym i zminimalizowanym wyrażeniem logicznym.
Realizacja funkcji NOT przy pomocy Bramek NAND i NOR.

NAND

NOR

Realizacja funkcji OR przy pomocy bramek NAND I NOR

NAND

NOR

Realizacja funkcji AND z bramek NOR i NAND

NOR

NAND

Realizacja układu zadanego przez nauczyciela

Realizacja układu własnej inwencji.

a

b

Y

0

0

1

1

1

0

a

b

Y

0

0

1

1

1

0

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

70

Spis przyrządów:

Płytki użyte do wykonania ćwiczenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

narysować badane bramki,

2)

połączyć badane bramki,

3)

zanotować wyniki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

płytki użyte do wykonania ćwiczenia,

−−−−

przybory do pisania,

−−−−

notatnik,

−−−−

literatura zgodna z punktem 6 dotycząca podstawowych pojęć z elektroniki,
wykorzystania elektroniki w przemyśle optycznym.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj elementy elektroniczne znajdujące się na stanowisku laboratoryjnym. Dokonaj

krótkiej ich prezentacji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozpoznać elementy elektroniczne,

2)

nazwać te elementy,

3)

dokonać krótkiej ich prezentacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

elementy elektroniczne,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

71

−

przybory do pisania,

−

notatnik,

−

literatura zgodna z punktem 6 dotycząca podstawowych pojęć z elektroniki,
wykorzystania elektroniki w przemyśle optycznym.

4.10.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

omówić diodę, tranzystor i tyrystor?

2)

podać na czym polega system dwójkowy?

3)

zdefiniować pojęcie algebra Boole’a?

4)

wymienić podstawowe bramki logiczne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

72

4.11. Automatyka na usługach przemysłu optycznego

4.11.1. Materiał nauczania

Obiektyw to układ soczewek, który odwzorowuje na światłoczułym elemencie aparatu

fotograficznego przedmioty, osoby lub krajobrazy znajdujące się przed nim. Aparaty
wysokiej klasy mają możliwość montowania różnych obiektywów.

Podstawowe parametry charakteryzujące obiektyw to:

−

długość ogniskowej oznaczana na ogół literą f i wyrażana w milimetrach,

−

jasność obiektywu wyrażana liczbą określającą ilość przepuszczanego przez obiektyw

światła.
Długość ogniskowej f określa siłę skupiania promieni świetlnych. Im krótsza ogniskowa,

tym silniej obiektyw załamuje promienie, czyli bardziej je skupia. Dla aparatów cyfrowych
podawane są dwie długości ogniskowej, jedna absolutna, druga w przeliczeniu dla aparatu
małoobrazkowego formatu 35x24 mm (w skrócie 35 mm).

Jasność obiektywu określa maksymalnie możliwą „ilość” światła wpuszczanego do

aparatu. Decyduje ona o możliwości wykonania zdjęcia przy słabym oświetleniu. Jasność
typowych amatorskich obiektywów jest w przedziale od 2.0 – bardzo jasny, wpuszcza dużo
światła, możliwość robienia zdjęć przy słabym świetle, do 3,5 – średnia jasność,
wystarczająca dla ogromnej większości warunków fotografowania.

W każdym obiektywie, lub bezpośrednio za nim, patrząc od przodu aparatu

fotograficznego, zamontowana jest przesłona nazywana też przysłoną, pozwalająca
zmniejszać ilość światła wpadającego do aparatu, jak by zmniejszając aktualną jasność
obiektywu.

Przesłona (przysłona) to konstrukcja zasłaniająca (przysłaniająca) soczewki obiektywu

zaczynając od ich zewnętrznego obwodu. W miarę przymykania przesłony zasłaniana jest
coraz większa część obiektywu. To jakby narastający od zewnątrz pierścień, zasłaniający
coraz większą część obiektywu. Stopień przymknięcia przesłony opisany jest liczbą
określająca „aktualną jasność” ustawioną w aparacie. Im mniejszy efektywny otwór
obiektywu tym większa liczba jest przypisana do niego. W przybliżeniu jest to wynik
dzielenia f/d, gdzie f – długość ogniskowej a d – aktualnie otwarta średnica obiektywu.
Maksymalnie otwarta przesłona (przysłona) zapewnia jasność odpowiadająca jasności
obiektywu. Maksymalnie przymknięta przesłona daje efektywną jasność 11 a nawet 22, czyli
wpuszcza bardzo mało światła.

Obiektyw o zmiennej ogniskowej – zoom to obiektyw, którego długość ogniskowej może

być płynnie zmieniana w pewnym przedziale, np. od 35 mm do 200 mm (w przeliczeniu na
ogniskową aparatu 35 mm) nazywany jest popularnie zoomem (czytaj zumem). Poszczególne
parametry charakteryzujące obiektyw a istotne dla zrobienia dobrego zdjęcia, będą
szczegółowo opisane w kolejnych paragrafach.

Inne parametry opisujące jakość obiektywu to jego aberracja sferyczna i chromatyczna.

Charakteryzują one ewentualne zniekształcenia geometrii fotografowanego obiektu
(sferyczna) i pojawiania się delikatnych obwódek kolorowych wokół obrazów na zdjęciu
(chromatyczna). Dla amatora, nawet zaawansowanego, nie ma to jednak praktycznego
znaczenia.

Kąt widzenia obiektywu, oznaczony na rysunku literą γ, to kąt pomiędzy najbardziej

skrajnymi promieniami światła wpadającymi do aparatu, które jeszcze „trafiają” w element
rejestrujący obraz – matrycę lub film w aparacie analogowym. Na rysunku jest to kąt
pomiędzy czerwonymi promieniami. Niebieski, który dociera do obiektywu i zaznaczony jest
linią przerywaną, nie zostanie już zarejestrowany na matrycy. Obiektyw, a raczej aparat, jako

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

73

całość, „nie widzi” już tego i bardziej odchylonych od osi optycznej, promieni. Nazwa kąt
widzenia oddaje, więc znaczenie tego pojęcia. Obok kąta widzenia γ definiuje się jeszcze:

−

poziomy kąt widzenia α i

−

pionowy kąt widzenia β.
Oba pokazane są na rysunku.

Rys. 38. Kat widzenia obiektywu [16]

Dodatkowy zoom cyfrowy to zoom trochę lepszy od cyfrowego, ale gorszy od

prawdziwego optycznego. Idea tego zoomowania, czyli powiększania obrazu jest następująca.
Mamy aparat z matrycą np. 6,0 MP (lub więcej). Wiadomo, że dla otrzymania odbitki dobrej
jakości formatu 10 x 15 cm wystarczy zdjęcie z matrycy około 3,0 MP. Każde zdjęcie
rejestrowane jest na całej matrycy, ale funkcja dodatkowego zoomu optycznego wczytuje
i opracowuje obraz z fragmentu matrycy usytuowanego na jej środku.

Rys. 39. Dodatkowy zoom optyczny będący wynikiem odczytywania mniejszej liczby pikseli z matrycy [16]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

74

Obiekt, czerwony słupek z naniesionym podziałkami, jest odwzorowany na matrycy

o rozmiarze niebieskiej pionowej kreski. Robimy zdjęcie i mamy na nim cały słupek
zajmujący połowę wysokości tego zdjęcia. Możemy jednak ustawić program działania aparatu
tak, by zapisywał do pamięci tylko fragment matrycy, np. ten zaznaczony na zielono. Plik ze
zdjęciem będzie mniejszy i będzie na nim jedynie tylko połowa naszego słupka. Jeżeli oba
zdjęcia obejrzymy na monitorze komputera, to będą tej samej wielkości (oba zajmą całą
powierzchnię ekranu).

4.11.2. Pytania sprawdzające

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

1.

Co to jest obiektyw aparatu cyfrowego?

2.

Jakie znasz parametry charakteryzujące obiektyw?

3.

Co to jest jasność obiektywu?

4.

Co to jest przysłona aparatu cyfrowego?

5.

Co to jest zoom?

6.

Co to jest kat widzenia obiektywu?

7.

Jaka jest zasada działania funkcji dodatkowego zoomu optycznego?

4.11.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj obiektyw aparatu cyfrowego optycznego od lustrzanego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozpoznać elementy znajdujące się na stole laboratoryjnym,

2)

nazwać te elementy,

3)

dokonać krótkiej ich prezentacji.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

elementy automatyki,

−

przybory do pisania,

−

notatnik,

−

literatura zgodna z punktem 6 dotycząca automatyki na usługach przemysłu optycznego.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj elementy aparatu cyfrowego znajdujące się na stole laboratoryjnym. Nazwij te

elementy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozpoznać elementy aparatu cyfrowego,

2)

nazwać te elementy,

3)

dokonać krótkiej ich prezentacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

75

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

elementy aparatu cyfrowego,

−

przybory do pisania,

−

notatnik,

−

literatura zgodna z punktem 6 dotycząca automatyki na usługach przemysłu optycznego.

4.11.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wyjaśnić pojęcie obiektywu aparatu cyfrowego?

2)

wymienić parametry charakteryzujące obiektyw?

3)

wyjaśnić pojęcie jasności obiektywu?

4)

wyjaśnić pojęcie przysłony aparatu cyfrowego?

5)

wyjaśnić pojęcie zoomu

6)

wyjaśnić pojęcie kąta widzenia obiektywu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

76

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.

Przeczytaj uważnie instrukcję.

2.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

3.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

4.

Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwe odpowiedzi. Tylko
jedna jest prawidłowa.

5.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6.

Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed
wskazaniem poprawnego wyniku.

7.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

8.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

9.

Na rozwiązanie testu masz 60 min.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na

a)

zasilaniu odbiornika lub grupy odbiorników za pomocą transformatora separacyjnego
lub przetwornicy.

b)

szybkim wyłączeniu instalacji spod napięcia, gdy nastąpi zwarcie części będącej pod
napięciem fazowym z dostępną częścią przewodzącą.

c)

zastosowaniu w fabrycznie produkowanych urządzeniach izolacji o parametrach
ograniczających do minimum możliwości porażenia prądem elektrycznym.

d)

odizolowaniu od ziemi urządzeń elektrycznych.

2. Najlepszym środkiem ochrony przed skutkami nadmiernego wzrostu napięcia wskutek

wyładowania atmosferycznego jest zastosowanie

a)

bezpieczników topikowych.

b)

wyłączników nadmiarowo-prądowych.

c)

odgromników.

d)

wyłączników różnicowoprądowych.

3. Na rysunku przedstawiono

a)

wyłącznik nadprądowy.

b)

wyłącznik różnicowoprądowy.

c)

stycznik.

d)

przekaźnik bistabilny.

4. Fotografia przedstawia

a)

wyłącznik nadprądowy.

b)

wyłącznik różnicowoprądowy.

c)

stycznik.

d)

przekaźnik bistabilny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

77

5. I prawo Kirchhoffa dotyczy

a)

prądów.

b)

napięć.

c)

mocy.

d)

prądów i napięć.

6. Prawo Ohma ma postać

a)

U = RI.

b)

I = U/R.

c)

R = U/I.

d)

R = 2U/I.

7. Jednostka rezystancji jest

a)

ohm.

b)

volt.

c)

amper.

d)

wat.

8. Zależność pomiędzy natężeniem prądu I, napięciem V oraz opornością R w obwodzie

elektrycznym zapisana wzorem U = RI nazywamy prawem

a)

Ohma.

b)

Kirchhoffa.

c)

Pascala.

d)

Newtona.

9. Na podstawie tabliczki znamionowej umieszczonej na rysunku poniżej napięcie zasilające

to urządzenie wynosi

a)

220/380V.

b)

122/240V.

c)

220/280V.

d)

120/380V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

78

10. Przedstawiony na rysunku symbol to

a)

łącznik jednobiegunowy.

b)

łącznik schodowy.

c)

łącznik krzyżowy.

d)

łącznik świecznikowy.

11. Najskuteczniejszą i najprostszą metodą udrożnienia dróg oddechowych podczas wypadku

przy pracach monterskich jest

a)

wyciągnięcie i przytrzymanie języka.

b)

przygięcie głowy do mostka.

c)

usunięcie ciał obcych z jamy ustnej i odgięcie głowy do tyłu.

d)

odgięcie głowy do tyłu.

12. Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest

a)

volt.

b)

amper.

c)

wat.

d)

ohm.

13.

Konduktancją nazywamy

a)

iloraz napięcia i prądu.

b)

odwrotność rezystancji.

c)

przewodność właściwą metali.

d)

iloraz prądu i napięcia.

14.

Na schemacie znajduje się schemat
a)

silnika obcowzbudnego.

b)

silnika bocznikowego.

c)

silnika szeregowego.

d)

silnika szeregowo-bocznikowego.

15.

Element oznaczony na rysunku to
a)

rezystor.

b)

kondensator.

c)

cewka.

d)

źródło napięcia.

16.

Symbol przedstawiony na rysunku przedstawia

a)

watomierz.

b)

woltomierz.

c)

diodę.

d)

fototranzystor.

17.

Symbolem E1 na rysunku oznaczono

a)

voltomierz.

b)

rezystancja.

c)

źródło napięcia.

d)

kondensator.

W

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

79

18.

Do pomiaru rezystancji służy
a)

amperomierz.

b)

voltomierz.

c)

omomierz.

d)

watomierz.

19.

Symbolem V na rysunku oznaczono
a)

voltomierz.

b)

rezystancja.

c)

źródło napięcia.

d)

kondensator.

20.

W układzie elektrycznym symbolem

oznacza się

a)

woltomierz.

b)

watomierz.

c)

amperomierz.

d)

omomierz.

A

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

80

KARTA ODPOWIEDZI

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

Zastosowanie elektrotechniki i elektroniki w sprzęcie optycznym

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

81

6. LITERATURA

1.

Bolkowski S.: Elektrotechnika. Wydawnictwo WSiP, Warszawa 2005

2.

Goźlińska E.: Maszyny elektryczne. Wydawnictwo WSiP, Warszawa 1995

3.

Lichnowski J.: Urządzenia elektryczne na placu budowy. Arkady, Warszawa 1977

4.

Markiewicz H.: Instalacje elektryczne. WNT, Warszawa 1996

5.

Michel K., Sapiński T.: Czytam rysunek elektryczny. WSiP, Warszawa 1996

6.

Orlik W.: Egzamin kwalifikacyjny elektryka w pytaniach i odpowiedziach.
Wydawnictwo KaBe, Krosno 2006

7.

Pazdro K., Wolski A.: Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych w pytaniach
i odpowiedziach. Wyd. V. WNT, Warszawa 1966

8.

Praktyczna elektrotechnika ogólna. Podręcznik dla uczniów średnich i zawodowych szkół
technicznych. Wydawnictwo Rea, Warszawa 2003

9.

Sowa A.: Ochrona odgromowa i przepięciowa. SInpol H.T.-Kielce, Kielce 1998

10.

Strzyżewski J., Rottermund H.: Elektryczność w twoim domu. WNT, Warszawa 1998

11.

Vademecum elektryka. Poradnik dla inżynierów, techników i studentów. Pod redakcją
Jana Strojnego. Biblioteka COSIW. SEP, Warszawa 2004

12.

WołkowińskI K.: Instalacje elektroenergetyczne. Zagadnienia wybrane. Wyd. V. WNT,
Warszawa 1973

13.

www.elektroda.pl

14.

www.e-instalacje.pl

15.

www.aparatycyfrowe.pl

16.

www.netelektryk.com

17.

www.e-elektrotechnika.net.pl