Překreslování složitých diagramů

Účel lekce: naučit se číst, kreslit schémata elektrických obvodů, sestavovat elektrické obvody pomocí schémat.

Vybavení: interaktivní tabule, multimediální projektor, zdroje energie, žárovky, klíče, propojovací vodiče.

• Jaké téma jsme studovali v předchozí lekci?
• Co víte: elektrický proud, podmínky existence proudu, vodiče a dielektrika, schéma elektrického obvodu, značky přístrojů, způsoby připojování vodičů.
• Proč to potřebujeme vědět?
• Co si myslíte, že se budeme v dnešní lekci učit?

Abychom se naučili správně zobrazovat a sestavovat elektrické obvody, musíme si zopakovat symboly elektrických zařízení.

3. Fyzikální diktát

1. Galvanický článek
2. Tlačítko
3. Spojovací vodiče
4. Elektrická lampa
5. Rezistor

1. Prvky baterie
2. Klíč
3. Křížení drátů
4. Elektrický zvonek
5. Topný prvek

Vyměňte si papíry se sousedem na stole. Porovnejte odpovědi se správnými na tabuli.

• „5“ – žádné chyby;
• „4“ – jedna chyba;
• „3“ – dvě chyby.

5. Reshenie zadach.

1 úloha. Označte hlavní součásti elektrického obvodu.

Úkol 2. Zde jsou schémata elektrických obvodů. Pojmenujte, z jakých zařízení se skládají, a najděte „defekt“ v každém z obvodů.

3 úloha. Obrázek ukazuje jednoduchý elektrický obvod. Vyjmenujte jeho součásti. Nakreslete schéma tohoto elektrického obvodu.

4 úloha. Nakreslete schéma elektrického obvodu znázorněného na obrázku.

Úkol 5. Nakreslete schéma elektrického obvodu sestávajícího ze zdroje proudu, zvonku, žárovky a dvou klíčů tak, aby žárovka a zvonek byly rozsvíceny samostatně.

Úkol 6. Nakreslete schéma zapojení baterie článků, dvou žárovek a dvou klíčů, ve kterém se každá ze žárovek rozsvěcí a zhasíná nezávisle na sobě.

Úkol 7. Nakreslete schéma zapojení baterie, dvou spínačů a jednoho zvonku, ve kterém by bylo možné volat ze dvou různých míst. Kde lze v praxi takové schéma použít?

Úkol 8. Nakreslete schéma zapojení baterie, dvou žárovek a tří klíčů, ve kterém se každá ze žárovek ovládá vlastním klíčem a otevřením třetího klíče se obě žárovky zhasnou.

Úkol 9. Nakreslete schéma zapojení baterie, žárovky, zvonku a dvou klíčů. Světlo se rozsvítí vždy, když zazvoní zvonek, ale může také fungovat, když je zvonek vypnutý.

Úkol 10. Nakreslete schéma instalace skládající se z baterie a dvou zvonků, každý z nich má své tlačítko.

Úkol 11. Nakreslete schéma elektrického obvodu obsahující zdroj proudu, dvě elektrické lampy, dva klíče a jeden elektrický zvonek tak, aby zvonek zvonil, když svítí jakákoli lampa.

6. Praktická práce.

Před dokončením dalšího úkolu bych vám rád připomněl čínskou moudrost:

Řekni mi a já zapomenu.
Ukaž mi a já si vzpomenu.
Dejte mi příležitost jednat sám za sebe a já se to naučím.

Musíte dělat praktickou práci. Jaká bezpečnostní pravidla budete dodržovat?

• Při sestavování elektrických obvodů nepoužívejte vodiče s poškozenou izolací nebo viditelným poškozením.
• Ujistěte se, že všechny upevňovací prvky v zařízeních a příslušenství jsou v dobrém provozním stavu.
• Při sestavování elektrických obvodů se vyvarujte křížení vodičů.
• Aktuální zdroje připojte jako poslední.
• Všechny korekce v obvodech provádějte s vypnutým zdrojem proudu.
• Neurčujte přítomnost proudu v obvodu dotykem.

Cíl: sestavit elektrický obvod z přístrojů, které má každý na stole tak, aby se rozsvítila žárovka.

Úkol 1. Na obrázku je znázorněn elektrický obvod. Vyjmenujte jeho součásti. Nakreslete schéma tohoto elektrického obvodu.

Úkol 2. Sestav elektrický obvod podle tohoto schématu.

3 úloha. Udělejte závěr.

7. Domácí úkol. Odstavec 33, dokončete úkoly.

To je konec naší lekce. Vezměte nějaké listy. Podepište se na ně. Nakreslete šipky k těm tvrzením, která odpovídají vašemu stavu na konci lekce.

Složité obvody se obvykle nezobrazují jako úhledné, snadno srozumitelné schémata, se kterými se snadno pracuje. Často jsou kresleny takovým způsobem, že je obtížné sledovat, které součástky jsou zapojeny sériově a které paralelně. Účelem této části je ukázat vám metodu, která je užitečná pro úhledné a uspořádané překreslování schémat. Stejně jako strategie postupného zjednodušování pro řešení kombinovaných sériovo-paralelních obvodů je i tato metoda snazší demonstrovat než popisovat.

Analýza a zjednodušení složitého schématu zapojení

Začněme s tímto (chaotickým) schématem zapojení. Možná toto schéma původně takto nakreslil technik nebo inženýr. Možná ho někdo načrtl, když sledoval vodiče a spojení ve skutečném obvodu. Každopádně, tady je v celé své ošklivosti:

U schémat zapojení nehraje délka a směrování vodičů spojujících součásti obvodu velký význam (ve skutečnosti se v některých střídavých obvodech stává kriticky důležitou a velmi dlouhé vodiče mohou vnášet nežádoucí odpor do střídavých i stejnosměrných obvodů, ale ve většině případů na délce vodiče nezáleží). Pro nás to znamená, že můžeme prodlužovat, zkracovat a/nebo ohýbat spojovací vodiče představující vodiče, aniž bychom ovlivnili funkci našeho obvodu.

Strategie, kterou jsem zjistil jako nejjednodušší, je začít sledováním proudu z jednoho vývodu baterie k druhému, přičemž se sleduje dráha součástek nejblíže k baterii a prozatím se ignorují všechny ostatní vodiče a součástky. Při sledování této dráhy označte každý rezistor odpovídající polaritou úbytku napětí.

V tomto případě začnu sledovat tento obvod na kladném pólu baterie a skončím na záporném pólu, tedy ve stejném obecném směru, kterým bude protékat proud. Při sledování tohoto směru označím každý rezistor kladnou polaritou na vstupní straně a zápornou polaritou na výstupní straně, protože to je skutečná polarita úbytku napětí, když proud (podle konvenčního modelu toku proudu) vstupuje a vystupuje z rezistoru:

Všechny komponenty uvedené v tomto krátkém náčrtu jsou nakresleny svisle v následujícím pořadí:

Nyní začneme obkreslovat obrysy všech součástí, které souvisí s právě obkreslenými součástmi. V tomto případě je obrys kolem R.₁, tvořený R₂a další konturu kolem R₃, tvořený R₄:

Sledováním těchto smyček kreslím R₂ a R.₄ paralelně s R₁ a R.₃ S ohledem na polaritu úbytků napětí na R₃ a R.₁, podobně označuji R₄ a R.₂:

Nyní máme obvod, kterému je velmi snadné porozumět a analyzovat. V tomto případě je identický s konfigurací se čtyřmi rezistory sériově-paralelně, kterou jsme si prohlíželi dříve v této kapitole.

Další příklad zjednodušení složitých schémat

Podívejme se na další příklad, ještě ošklivější než ten předchozí:

První obvod, který budu sledovat, vede od záporného (-) pólu baterie přes R₆, přes R₁ a zpět ke kladnému (+) pólu baterie:

Po vertikálním překreslení a sledování polarity úbytků napětí v průběhu začíná náš ekvivalentní obvod vypadat takto:

Pak můžeme přejít k dalšímu obvodu kolem jednoho z testovaných rezistorů (R₆), v tomto případě se jedná o konturu tvořenou R₅ a R.₇Stejně jako předtím začínáme s kladným výstupem R.₆ a přesuneme se k zápornému pólu R₆a všímejte si polarity úbytků napětí na R.₅ a R.₇:

Nyní přidáme R konturu₅-R₇ k první verzi překresleného diagramu. Všimněte si, jak klesá polarita napětí na R₇ a R.₅ odpovídají polaritě R₆a jak budou analogické s polaritami při sledování R₇ a R.₅ v původním diagramu:

Postup opakujeme znovu, identifikujeme a obkreslíme další smyčku kolem již testovaného rezistoru. V tomto případě smyčka R₃-R₄ kolem R₅ vypadá to vhodné pro následující sledování:

Přidat smyčky R₃-R₄ k našemu výkresu se svisle uspořádanými součástkami, přičemž dbejte také na správnou polaritu:

Pokud zbývá sledovat pouze jeden rezistor, je další krok zřejmý: sledovat smyčku tvořenou R₂ kolem R₃:

Přidat R.₂ na zjednodušený výkres obvodu a máme hotovo! Výsledkem je obvod, který je ve srovnání s originálem velmi snadno pochopitelný:

Tento zjednodušený obvod výrazně usnadňuje zjištění, kde začít a jak postupovat při redukci obvodu na jeden ekvivalentní (celkový) odpor. Všimněte si, že k tomu po překreslení obvodu stačí začít na pravé straně a postupovat doleva, zjednodušovat jednoduché sériové a paralelní kombinace rezistorů jednu skupinu po druhé, dokud nebudeme hotovi.

V tomto konkrétním případě bychom začali s jednoduchou paralelní kombinací R₂ a R.₃, čímž jej zredukujeme na jediný odpor. Pak bychom vzali tento ekvivalentní odpor (R₂|| R.₃) a následně s ním (R₄), čímž je redukujeme na jiný ekvivalentní odpor (R₂|| R.₃—R₄). Poté bychom přistoupili k výpočtu paralelního ekvivalentu tohoto odporu (R₂|| R.₃—R₄) s R₅, pak sekvenčně s R₇, pak rovnoběžně s R₆, pak sekvenčně s R₁abyste získali celkový odpor celého obvodu.

Odtud bychom mohli vypočítat celkový proud z celkového napětí a celkového odporu (I = E/R) a poté krok za krokem „rozložit“ obvod zpět do původní podoby, přičemž bychom rozdělili příslušné hodnoty napětí a proudu napříč odpory, kterými jsme prošli.

Shrnutí

• Vodiče v diagramech a v reálných obvodech lze prodlužovat, zkracovat a/nebo přesouvat, aniž by to ovlivnilo funkci obvodu.
• Pro zjednodušení matoucího schématu zapojení postupujte takto:
  • Sledujte proud z jednoho vývodu baterie k druhému podél libovolné cesty („smyčky“) k baterii. Někdy je nejlepší začít se smyčkou, která obsahuje nejvíce součástek, ale výsledky budou přesné bez ohledu na to, kterou cestu zvolíte. Při sledování smyčky si všímejte polarity úbytků napětí na každém rezistoru. Nakreslete součástky, na které narazíte, podél smyčky a uspořádejte je svisle.
  • Označte sledované komponenty na původním schématu a obkreslete smyčky zbývajících komponent ve schématu. Použijte značky polarity na sledovaných komponentách jako referenci k určení, co se kam připojuje. Zdokumentujte nové komponenty ve smyčkách ve schématu tak, aby byly komponenty orientovány svisle.
  • Poslední krok opakujte tolikrát, kolikrát je potřeba, dokud nebudou obkresleny všechny součásti původního obvodu.