Kondenzátor töltése és kisütése egyenáramú körben

Átírás

1 Tanulókísérlet Tehetséggondozás Ajánlott évfolyam 11., Idıtartam 45 perc Kondenzátor töltése és kisütése egyenáramú körben F.94 B.P. Kötelezı védıeszközök Balesetvédelmi figyelmeztetések Szükséges eszközök Szükséges anyagok NOVA5000 Árammérı szenzor Feszültségmérı szenzor Ellenállások µf kondenzátor Mérıvezetékek Áramforrás A kísérlet leírása, menete A szoftveres jelfeldolgozás a NOVA5000 kézi számítógéppel történik, ami egy digitális iskolatáskába van csomagolva. A hordozható érintıképernyıs (7 ), kismérető, kis súlyú (kb.1kg) számítógép egy mérésadat győjtıt tartalmaz, amely a telepített MULTILAB megjelenítı és kiértékelı szoftver segítségével, a megfelelı szenzor használatával, valós idejő mérések eredményeit numerikusan vagy grafikusan megjeleníti. A mérési folyamat rögzíthetı vagy visszajátszható. Webkamera segítségével multimédiás mérési utasítások, jegyzıkönyvek készíthetık a mérésekhez, kísérletekhez. A szoftver munkafüzetet is tartalmaz, mely a munkafolyamatokat bemutatja, konfigurálja az éppen aktuális MULTILAB programot a szükséges beállítások elvégzésével. A NOVA 5000 HASZNÁLATI ÚTMUTATÓT KÜLÖN MELLÉKELJÜK! Az áramkört összeszerelt állapotban készítjük elı. A kondenzátort elıször kisebb (kb 200 Ω), majd nagyobb (kb 500 Ω) ellenálláson töltjük. A bekapcsolást közvetlenül megelızve indítjuk a mérést a Nova 5000-n. A töltés bekapcsolása az ábrán szemléltetett módon a banándugó bedugásával jön létre. Az elindított mérıszoftver így grafikusan rögzíti a bekapcsolás pillanatát a két különbözı színnel jelölt áram ill. feszültség grafikonon. A bekapcsolást követıen jól látható az áram-grafikon maximumra ugrása, majd exponenciális lecsengése, amit a feszültség-grafikon logaritmikus növekedése kísér az áraméval inverz módon. Még ugyanebben a mérési folyamatban a banándugó gyors átdugásával (lásd ábra) a kondenzátort kisütjük. A lényegében zérus áram negatív ugrással megindul, majd exponenciálisan 0-hoz tart, miközben a feszültség a telepfeszültség értékrıl szintén exponenciálisan csökken 0-ra.

2 Végezzük el a mérést újra, majd cseréljük ki az ellenállást és így is mérjünk legalább két töltési kisütési folyamatot.

3

4

5 A mérési / megfigyelési feladatok 1. Vegyük fel a kondenzátor I(t), U(t) grafikonjait a töltés bekapcsolásától a teljes töltöttségig. 2. Folytassuk ugyanezt a banándugó átdugásával a teljes töltöttségtıl a teljes kisütésig. Mindkét mérést legalább kétszer végezzük el! 3. Ismételjük meg a méréseket az ellenállás cseréjével!

6 Nova 5000 Bekapcsolás A készüléket a kijelzı alatt található fekete gombbal tudjuk bekapcsolni. Tartsa nyomva a gombot, amíg a képernyın megjelenik a kép. A bekapcsoló gomb megnyomása után körülbelül egy perc elteltével a Windows CE operációsrendszer asztala fogadja a felhasználót. Altatás, felébresztés Bekapcsolt készülék esetén amennyiben a bekapcsoló gombot 1 másodpercig tartjuk nyomva, a készülék alvó állapotba kerül. Ilyenkor a készülék nem kapcsol ki teljesen, minimálisra csökken az áramfogyasztása, így az akkumulátorról használható üzemidı meghosszabbodik. Alvó állapotból a készüléket felébresztve gyorsabban folytathatjuk a munkát, mint kikapcsolt állapotból történt indítással. A megnyitott programok altatás esetén nem záródnak be, a gép felébresztésével a munka ott folytatható, ahol abbahagytuk. Alvó állapotból a készüléket a gomb ismételt 1 másodpercig történı megnyomásával tudjuk felébreszteni. Kikapcsolás A készüléket a kijelzı alatt található fekete gombbal tudjuk kikapcsolni. Teljes kikapcsoláshoz tartsa nyomva a gombot legalább 4 másodpercig.

7 MultiLab Elıkészületek A MultiLab programot a Start menü / Programs / Science & Math / MultiLab menüponttal indíthatjuk el. A program használata elıtt csatlakoztassunk 1-4 szenzort a készülékhez. A szenzorok csatlakozóit óvatosan dugjuk a készülékbe, mindenképp figyeljünk arra, hogy a megfelelı pozícióban helyezzük az aljzatba úgy, hogy a csatlakozón lévı nyíl alul legyen. Egyéb esetben a csatlakozó megrongálódhat, az apró tők elgörbülnek és a csatlakozó tönkremegy. A csatlakozókat számozási sorrendben kell a készülékhez csatlakoztatni, szembıl nézve jobbról balra, a készüléken feltőntetett számok sorrendjében. Egyéb esetben a készülék nem ismeri fel a szenzort. Szenzorok beállítása A készülék által detektált szenzorokat a Logger / Setup menüpontban lehet megtekinteni. Az ablak tetején három fül található: Sensors, Rate, Samples Sensors Ha egy szenzor érzékenységét nem tudjuk megállapítani, csatlakoztatva a mőszerhez (feltéve, hogy az automatikus felismerı be van kacsolva) a program felismeri, így a nevébıl könnyen kiolvashatjuk azt. Pl. Temperature C, tehát a hımérsékletmérı szenzor -25 és +110 C között képes hımérsékletet mérni. Amennyiben az Auto Detect Sensors mellett a négyzetet bepipáljuk, a készülék automatikusan felismeri a csatlakoztatott szenzorokat (ajánlott). Egyéb esetben ezt manuálisan kell megtennünk a lenyíló listák segítségével (Input 1, Input 2 stb.) Minden Input mezı mellett található egy ikon ( sárga kéz ). Az ikonra kattintva az elıugró ablakban lehetıség van beállítani, hogy az adott szenzorhoz milyen színt használjon a program a grafikon rajzolásakor. Rate A Rate lenyíló listában lehetıség van beállítani, hogy a mérés végzése során a készülék milyen gyakorisággal vegye a mintákat a szenzorról. Pl. 10 samples per second = 10 mintavétel történik másodpercenként. Every 30 minutes = minden 30 percben 1 mintavétel történik Samples A Samples lenyíló listában beállíthatjuk, hogy a mérés során maximum hány mintát szeretnénk rögzíteni. Ha a mérés során rögzített minták száma elérte a beállított értéket, a mérés automatikusan megáll. Az érték állításával a lenyíló menü felett látható, hogy a mérés maximálisan mennyi ideig fog tartani (természetesen lehetıség van hamarabb leállítani a folyamatot). Pl. You will record 25:13 MM:SS = A mérés maximum 25 perc 13 másodpercig fog tartani.

8 Triggering Ebben az ablakban lehetıség van beállítani minden csatlakoztatott szenzorhoz, hogy a mérés milyen érték hatására kezdıdjön el. Például: Based on: Temperature C = A hımérsékletmérı szenzor neve Type: Above level = érték felett; Below level = érték alatt; Level: Adott érték, ami kiváltja a mérés kezdetét Mérések kezelése A programban lehetıség van a készülékkel végzett mérések mentésére, újbóli megnyitására, törlésére. Ezek a funkciók a bal felsı sarokban található Files menübıl érhetık el. Clear All: Az összes mérési eredmény törlése az aktuális (jelenleg megnyitott) mérések közül. Open File: Egy korábban elmentett mérési dokumentum betöltése a fájlrendszerrıl. Save File: Az aktuális mérési dokumentum mentése a fájlrendszerre. Save As: Az aktuális mérési dokumentum mentése a fájlrendszerre más néven. Megjelenítési módok: Alapvetıen két fı részre lehet bontani a mérı program ablakát. Baloldalon található listában a mérések találhatóak, minden egyes mérés Exp. -nek van elnevezve a listában, majd a mérés sorrendje szerint egy szám követi. Pl. Exp. 3 a harmadik mérést jelenti. Az adott mérés során használt szenzorokhoz külön-külön található egy sor az adott mérést kibontva a listában. (pl. Temperature, Magnetic stb.) Az adott szenzornak megfelelı sort kijelölve az ablak alján található Show és Hide gombokkal tudjuk a szenzorhoz tartozó mért értékeket megjeleníteni, ill. elrejteni. Az ablak nagyobbik, jobb oldali fele a mért értékek különféle megjelenítésére szolgál. A program a mérések három féle megjelenítését támogatja. Ezek közt a felsı menüsor ikonjaival tudunk váltani (balról a 7. ikontól a 9. ikonig). A nézetek balról jobbra haladva a következık: o Grafikon: egy grafikonra rajzolja ki a mérés során összes a készülékhez csatlakoztatott szenzor által mért jelet. o Táblázat: a mérés során egy táblázatot tölt ki a program a mérté értékekkel. Minden egyes mintavétel értéke külön sorban jelenik meg a táblázatban. o Vizuális értékkijelzés: különbözı (összesen öt) vizuális megjelenítési módszerekkel jelzi ki a mért értéket. Ezek közül a megjelenítési ablak alján tudunk váltogatni az apró ikonok segítségével (jobbról balra): analóg, oszlop, digitális, négyzet, kombinált Mérés Miután a méréshez szükséges összes szenzort csatlakoztattuk a készülékhez, kezdıdhet a mérés. A szenzorok teszteléséhez válassza ki a Logger / Preview menüpontot. Ilyenkor a program nem tárolja el a mért értékeket, viszont a grafikonon/táblázaton megjelennek a mért értékek, így tesztelhetjük, a szenzor mőködését. Érdemes ezt elvégezni a mérés rögzítése elıtt. A mérés rögzítéséhez válassza ki a Logger / Run menüpontot. Ez látszólag ugyanazt csinálja, mint az elıbbi Preview menüpont, azonban a mérés ekkor már rögzítve lesz, befejeztével a bal oldali listában megjelenik az adott méréshez tartozó bejegyzés. Amennyiben a mérés túl hamar leáll, a már fentebb említett Rate és Samples menüpont alatt megfelelı értékek beállításával tudunk növelni a mérés hosszán (pl. kevesebb mintát vegyen adott idı alatt, vagy több mintát vegyen a mérés során). Ha elıbb szeretnénk a mérést befejezni, mint ahogy az magától leállna, a Logger / Stop

9 menüpontban tudjuk megszakítani a mérést. Lehetıség van közvetlenül az eszköztárról is elindítani / leállítani a rögzítést, egy futó embert ábrázoló ikonnal jelzett gombra kattintva a mérés rögzítése elindul, majd ugyanerre (ekkor már piros) gombra kattintva megállíthatjuk a mérést. Az összes mérést a File / Clear All menüponttal törölhetjük. Ezzel a bal oldali lista is törlésre kerül.