Κατηγορία: ΣΤ ΤΑΞΗ

Έστω ότι θέλετε να δημιουργήσετε το παραπάνω απλό κύκλωμα που περιλαμβάνει μπαταρία για παροχή τάσης, ένα led και μια αντίσταση. Την αντίσταση τη χρειάζεστε διότι η εσωτερική αντίσταση του led μπορείτε να θεωρήσετε ότι είναι σχεδόν μηδενική. Οπότε χωρίς την προσθήκη εξωτερικής αντίστασης κατά τη σύνδεση το led απλά θα καταστρεφόταν. Στο παραπάνω κύκλωμα θα μπορούσατε να προσθέσετε και ένα διακόπτη μέσα από τον οποίο θα μπορούσατε να ελέγξετε τη λειτουργία του led. Πότε θα ανάβει και πότε θα σβήνει.

Το παραπάνω κύκλωμα στο Arduino γίνεται έτσι ώστε να μην επεμβαίνετε εσείς με ένα διακόπτη αλλά το led να ανάβει ή να σβήνει όταν κάτι άλλο συμβαίνει στο περιβάλλον. Αυτό σημαίνει εξάλλου ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΣ. Στη θέση του διακόπτη λοιπόν μπαίνει ένα Arduino, το οποίο ελέγχει μέσα από εντολές πότε θα δοθεί ρεύμα στο led.

Όπως έχει ήδη αναφερθεί στο άρθρο https://amichou.sites.sch.gr/ti-perilamvanei-to-arduino-uno/, στην ψηφιακή ακίδα/pin 13 του μικροελεγκτή Arduino είναι εκ κατασκευής βραχυκυκλωμένο ένα “εσωτερικό” led του μικροελεγκτή γνωστό ως builtin led.

Συνδεόμενοι στο Tinkercad και ξεκινώντας την πρώτη σας δημιουργία κυκλώματος θα εισάγετε το Arduino Uno στο χώρο σχεδίασης του κυκλώματος. Χωρίς να κάνετε καμία άλλη κίνηση εάν επιλέξετε Start Simulation θα δείτε το built in led πάνω στο Arduino να αναβοσβήνει κάθε 1 δευτερόλεπτο. Αν επιλέξετε Code θα δείτε αμέσως και τις εντολές του Scrtach που χρησιμοποιούνται και δίνουν αυτό το αποτέλεσμα.

Συνδέστε ένα led στην ακίδα 13 ότι χρώμα θέλετε – μην ξεχάσετε την αντίσταση και επιλέξτε πάλι Start Simulation. Αν δεν θυμάστε πώς να συνδέσετε το led δείτε εδώ. Παίξτε αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης και απαντήστε τις παρακάτω ερωτήσεις

1. Αν δεν αναβοσβήνει το led, τι φταίει; τι λάθος έχει γίνει; Διορθώστε
2. Αν η αντίσταση γίνει αρκετά μικρή τι παθαίνει το φως του led;
3. Αν αφαιρέσετε την αντίσταση τι συμβαίνει;
4. Αν η αντίσταση γίνει αρκετά μεγάλη τι παθαίνει το φως του led;
5. Χρησιμοποιήσατε εντολή επανάληψης, όπως π.χ. για πάντα;
6. Πώς γίνεται και αναβοσβήνει συνεχώς το led μέχρι να επιλέξετε Stop simulation;

Για να απαντήσετε την 6^η ερώτηση  πατήστε στο βελάκι δεξιά από τα Blocks και επιλέξτε Blocks and Text και δείτε τον κώδικα που θα γράφατε και σε περιβάλλον Arduino IDE.

Να ονομάζετε κάθε κύκλωμα που δημιουργείτε και να αποσυνδέεστε από το Tinkercad.

Όταν συνδεθείτε ξανά θα βρεθείτε στο dashboard του Tinkercad, και επιλέγοντας αριστερά κάτω από το username σας -> Circuits, θα δείτε το κύκλωμά σας όποτε ξανασυνδεθείτε. Πατώντας πάνω του θα εμφανιστεί άλλη οθόνη στην οποία επιλέγοντας Tinker this θα μπορείτε να μπείτε στο κύκλωμα και να κάνετε τυχόν αλλαγές, οι οποίες σώζονται αυτόματα. Επίσης στο dashboard μπορείτε να επιλέξετε Create New Circuit και να δημιουργήσετε ένα νέο κύκλωμα.

Τί είναι; είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων ή φορέων ηλεκτρικού φορτίου, κατά μήκος ενός ηλεκτροφόρου αγωγού. Από τον ορισμό του ηλεκτρικού ρεύματος προκύπτει ότι για να εμφανιστεί χρειάζονται δύο προϋποθέσεις:

• Η ύπαρξη φορέων ηλεκτρικού φορτίου με ελευθερία κίνησης.
• Αίτιο για την προσανατολισμένη κίνηση των φορέων, δηλαδή κάποιο ηλεκτρικό πεδίο.

Συνήθως τα ηλεκτρικά φορτία είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια μεταλλικών αντικειμένων όπως στα καλώδια. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η μεταφερόμενη ηλεκτρική ενέργεια. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί τη θέρμανση των σωμάτων τα οποία διαρρέει. Συσκευές που λειτουργούν με βάση τα θερμικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο θερμοσίφωνας και η ηλεκτρική κουζίνα.

Το μέγεθος που μετρά το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, που ορίζεται ως: I = dQ/dt

Δηλαδή ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο ρυθμός διέλευσης του ηλεκτρικού φορτίου από τη διατομή ενός αγωγού. Πιο απλά, σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα περνάει από τη διατομή του αγωγού ηλεκτρικό φορτίο. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος δείχνει πόσο φορτίο περνά στη μονάδα του χρόνου. Μετριέται στο διεθνές σύστημα μονάδων σε Αμπέρ Α (γαλλικά Ampere) και θεωρείται θεμελιώδης μονάδα.

ΕΙΔΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

Συνεχές ρεύμα

Συνεχές ρεύμα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που έχει μία συγκεκριμένη φορά.

Συνήθως το συνεχές ρεύμα έχει σταθερό μέτρο έντασης, με το οποίο λειτουργούν τα περισσότερα κυκλώματα και το οποίο παράγουν οι μπαταρίες. Αυτά τα κυκλώματα είναι μικρά ηλεκτρικά κυκλώματα ή ηλεκτρονικά κυκλώματα. Επειδή έχει σταθερή ένταση, υποχρεωτικά παράγεται από σταθερή τάση, δεδομένου ότι το κύκλωμα δεν αλλάζει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου.

Η τάση που παρέχει η μπαταρία, η οποία ωθεί την κίνηση των φορτίων, δηλαδή το ηλεκτρικό ρεύμα, ονομάζεται ηλεκτρεγερτική δύναμη. Ηλεκτρεγερτική δύναμη μπορεί να παρέχει και μια ηλεκτρογεννήτρια, μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ή θερμοηλεκτρικές συστοιχίες. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις η τάση «εγείρεται» με διαφορετικό φυσικό μηχανισμό. Στην μπαταρία, η διαφορά δυναμικού δημιουργείται από χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα στην μπαταρία μεταξύ των συστατικών της. Κατά τη διάρκεια της ζωής μιας μπαταρίας, οι ποσότητες των στοιχείων που αντιδρούν για να δώσουν τη διαφορά δυναμικού ελαττώνονται και έτσι η παραγόμενη διαφορά δυναμικού εξασθενεί.

Εναλλασσόμενο ρεύμα

Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι το ρεύμα στο οποίο εναλλάσσεται η φορά, δηλαδή η φορά αλλάζει περιοδικά με το χρόνο. Συνήθως αυτή η μεταβολή είναι αρμονική συνάρτηση του χρόνου, οπότε έχει περίοδο και φάση, και με το οποίο λειτουργούν μεγάλα δίκτυα ηλεκτροδότησης.

Η παροχή του ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται από το υφιστάμενο ηλεκτρικό δίκτυο ή δίκτυο ηλεκτροδότησης. Γενικά, το παρεχόμενο ηλεκτρικό ρεύμα είναι εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ηλεκτρικό ρεύμα, ενεργής τάσης 230V και συχνότητας 50hz.

Ηλεκτρεγερτική δύναμη (συντομογραφικά: ΗΕΔ) είναι το πηλίκο του έργου ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος μιας κλειστής ηλεκτρικής διαδρομής (ηλεκτρικό κύκλωμα), το οποίο (έργο) χρειάζεται να αποδοθεί στη μονάδα του φορτίου ώστε αυτό (το μοναδιαίο φορτίο) να διατρέξει έναν πλήρη κύκλο στη διαδρομή αυτή. Στην περίπτωση που το κύκλωμα είναι ανοικτό, όπως σε μια ασύνδετη μπαταρία, το έργο αφορά τη μετακίνηση του μοναδιαίου φορτίου από τον ένα πόλο της μπαταρίας στον άλλο και ισούται με την ηλεκτρική τάση μεταξύ των πόλων (πολική τάση) της ασύνδετης πηγής. Η ΗΕΔ μετράται σε μονάδες: ενέργεια προς φορτίο, δηλαδή σε βολτ (V), στο διεθνές σύστημα μονάδων. 

Έστω ένας αντιστάτης αντίστασης R, στον οποίον εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού V (ή η ΗΕΔ μιας μπαταρίας) και ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα Ι. Η ένταση του ρεύματος Ι είναι ανάλογη της διαφοράς δυναμικού με συντελεστή αναλογίας 1/R. Στη μαθηματική γλώσσα αυτή η σχέση γράφεται:

I = V/R , όπου R είναι σταθερό.  ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΩΜ

                                                       V

ΤΡΙΓΩΝΟ VIR         I                             R   

Σε αυτό το τρίγωνο:

• αν γνωρίζετε τα V,R υπολογίζετε το I = V / R
• αν γνωρίζετε τα V,I υπολογίζετε το R = V / I
• αν γνωρίζετε τα I,R υπολογίζετε το V = I * R

Πηγή : Βικιπαίδεια

ΤΙΜΕΣ – ΧΡΩΜΑΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ

Την τιμή μιας αντίστασης μπορείτε να την μετρήσετε με ένα πολύμετρο. Όμως βλέπετε ότι έχουν επάνω τους χρωματιστές λωρίδες. Υπάρχει λοιπόν ένας χρωματικός κώδικας που σας βοηθάει με βάση το χρώμα κάθε λωρίδας να υπολογίσετε την τιμή μιας αντίστασης.

LED – LightEmittingDiode – Δίοδος Εκπομπής Φωτός : ημιαγωγός που εκπέμπει φωτεινή ακτινοβολία στενού φάσματος όταν του παρέχεται ηλεκτρική τάση κατά τη φορά ορθής πόλωσης. (el.wikipedia)

Τα leds που θα χρησιμοποιήσετε στις εργασίες είναι μικρά των 5mm και έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά ως προς το ρεύμα και την τάση που απαιτούν για να λειτουργούν κανονικά και να μην καταστρέφονται.

ΧΡΩΜΑ	ΤΑΣΗ (V)	ΡΕΥΜΑ (I)
Άσπρο	3,2V – 3,8V	20mA – 30mA
Ασπροκίτρινο	3,2V – 3,8V	20mA – 30mA
Μπλε	3,2V– 3,8V	20mA – 30mA
Κόκκινο	1,8V– 2,2V	20mA – 30mA
Πράσινο	3,2V– 3,8V	20mA – 30mA
Κίτρινο	1,8V– 2,2V	20mA – 30mA
Πορτοκαλί	1,8V– 2,2V	20mA – 30mA
Τριανταφυλλί	3,2V– 3,8V	20mA – 30mA
Υπέρυθρο	3,2V– 3,8V	20mA – 30mA

Εδώ θα αναφερθεί η Ωμική αντίσταση (R) ενός αγωγού (μετριέται σε Ωμ) που εκφράζει τη δυσκολία που παρουσιάζει ένας αγωγός στη διέλευση του ρεύματος από μέσα του. Η αντίσταση αυτή R μπορεί να μετρηθεί και είναι το κλάσμα της τάσης (V) στα άκρα του αγωγού (μετριέται σε Volt) προς το ρεύμα (I – μετριέται σε Αμπέρ), και φυσικά προκύπτει από το νόμο του Ωμ (I =Vπ/R => R = Vπ/I). Από τον παραπάνω πίνακα βλέπετε ότι π.χ. ένα κόκκινο led με τάση λειτουργίας 2V, εάν το συνδέσετε απευθείας σε μια έξοδο της πλακέτας που δίνει την τάση 5V, θα καταστραφεί. (διότι Vπηγής=Vd=5V)

Για να το αποφύγετε αυτό πρέπει να προσθέσετε στη συνδεσμολογία και μια αντίσταση, (οπότε Vπ = Vd +Vr) την τιμή της οποίας μπορείτε να βρείτε από τον τύπο:

          R = (Vπ – Vd) / I

όπου το Vπ = 5V (παρεχόμενη τάση από το Arduino), το Vd = 1,8 έως 3,8V (ανάλογα το χρώμα) και I = το ρεύμα λειτουργίας του κόκκινου π.χ. led, δηλαδή 20mA=0,02A.

Επειδή όπως βλέπετε και στον πίνακα υπάρχουν διακυμάνσεις στις τιμές ρεύματος και τάσης, τυπικά μια αντίσταση γύρω στα 200Ω καλύπτει τα περισσότερα led από αυτά που θα χρησιμοποιήσετε. Πιο συγκεκριμένα κόκκινο led -> 150 – 200Ω, πράσινο led ->75 – 90Ω

Ακόμη, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1 για να έχετε  τη σωστή φορά πόλωσης, το πιο μακρύ ποδαράκι του led συνδέεται στο + (στην άνοδο). Επίσης από την πλευρά του – (κάθοδος) το λαμπάκι είναι επίπεδο και όχι στρογγυλό. Αυτό είναι η κάθοδος και συνδέεται στη γείωση. Αν θυμάστε ένα από αυτά τα δύο δεν θα συνδέσετε το led ποτέ λάθος. Αλλά και να συμβεί λάθος σύνδεση, μη φοβάστε δεν καταστρέφεται απλά δεν θα ανάβει με λάθος φορά πόλωσης.