PRIPO Principy počítačů

Prezentace na téma: "PRIPO Principy počítačů"— Transkript prezentace:

1 PRIPO Principy počítačů
cvičení č. 2 cvičení č. 3 Základy elektrotechniky (resp. velmi zběžná exkurze do nich) Martin Adámek

2 Organizační drobnosti
docházka – prezence + i toto téma na dvě cvičení příklady až příště (nebo na vyžádání i dnes) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

3 Základní terminologie – veličiny
elektrický odpor značka R jednotka Ohm (značka W) „měří“ ohmmetr ve skutečnosti vypočítává pomocí vzorce R=U/I narozdíl od ampérmetru a voltmetru potřebuje vlastní zdroj i v analogovém provedení není to jen „měřák“, je to „měřák“ a zdroj vlastnost obvodu nebo jeho části, vlastnost součástky vlastnost konkrétního vodiče s určitým průřezem (plochou v řezu) odpor snižuje (jako víceproudá silnice) s určitou délkou odpor zvyšuje PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

4 Základní terminologie – veličiny
měrný elektrický odpor (rezistivita) vlastnost materiálu značka r jednotka W*m (po vykrácení plochy a délky) ideální materiály pro použití jako vodič nejmenší: stříbro na kontakty se používá zlato je odolnější než stříbro a měrný odpor má také dobrý velmi dobrý: např. měď mj. na něm pak záleží odpor vodiče vždy větší než nula (pokud nedosáhneme teploty absolutní nula) vodivost opak odporu značka G jednotka Siemens (značka S) G=1/R analogicky měrná vodivost (konduktivita, g) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

5 Základní terminologie - veličiny
elektrický proud značka I jednotka Ampér (značka A) správně ten Ampér (francouzský fyzik André-Marie Ampère) slangově ta Ampéra měří ampérmetr protéká spojeným (uzavřeným) obvodem elektrické napětí značka U jednotka Volt (značka V) měří voltmetr neprotéká, prostě je PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

6 Základní terminologie - veličiny
výkon/příkon značka P (power) jednotka Watt (značka W) s předponou m,k,M,G, apod. často přechází i tento fyzik do ženského rodu P=U*I v autě s rozvodem 12 nebo 13,8V se běžně pracuje s proudy cca. 10A, zásuvka má pojistku 16A (16A*13,8V=221W) v domovních rozvodech mívají zásuvky pojistku 10A (10A*230V=2300W=2,3kW) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

7 Základní terminologie - veličiny
energie značka E jednotka obecnou jednotkou energie (např. tepelné) jouly (dříve kalorie) u elektrické energie se používají watthodiny (Wh), kilowatthodiny (kWh), apod. E=P*t (t...čas) dvě hodiny se odebírá 500W => odebrána 1kWh proud*čas jednotkou Ah nebo mAh udává se v něm kapacita akumulátoru např. v autě 55Ah (55Ah * napětí 13,8V = energie 759 Wh) v mobilu 1100mAh (1,1Ah * napětí 3,6V = energie 3,96 Wh) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

8 Základní terminologie - veličiny
nezaměňujte kW a kWh !!!! neodborně se řekne např. že se spotřebovalo 50 kilowatt nesmysl – kilowatty protékají okamžitě, v nulovém čase, právě teď ve skutečnosti za určitý čas (období) proteklo např. 50 kilowatthodin to, co za určité účetní období účtuje ČEZ, je kilowatthodina, ne kilowatta ! spotřebu zařízení lze uvádět oběma způsoby: kolik bere (nedokonavé sloveso, průběh, děj) wattů, resp. kilowatt kolik vezme, spotřebuje (dokonavé sloveso, ukončená činnost, hotová věc) kilowatthodin za den, za měsíc, za rok pokud má zařízení příkon 0,5kW, tak za hodinu sebere 0,5kWh a za 2 hodiny 1kWh jednotky odpovídají vzorci výpočtu vše jasné, snadné, systematické energie [Wh] = výkon [W] * čas [h] 5 hodin odebírám 3 watty = > odeberu 15 watthodin „kapacita“ akumulátoru [Ah] = proud [A] * čas [h] 2 ampéry z akumulátoru 50Ah můžu teoreticky odebírat 25h, než se akumulátor vybije (a 25A 2h, pokud je aku na takový odběr proudu stavěn) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

9 Základní terminologie - veličiny
předpony vracíme se z informatiky do fyziky! kilo se píše malým „k“, a je to jen 1000 mega se sice píše velkým „M“, ale je to jen 106 mili=10-3 (50mA=0,05A) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

10 Základní terminologie – AC/DC
stejnosměrný proud DC – direct current vyrábí ho dynamo značí se = zdroj má trvale danou polaritu (+, -) při dlouhodobém zapojení člověka do obvodu rozkládá krev střídavý proud AC – alternating current vyrábí ho alternátor značí se ~ (sinusový průběh) při zapojení člověka do obvodu znemožňuje ovládání svalů => AC nebezpečnější než DC u nás f=50Hz => televize mají 50 a 100Hz obrazovky => TV signál má 25 fps (ne 24) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

11 Základní terminologie – AC/DC
mnemotechnická pomůcka: zdroj obrázku: internet/přebal CD PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

12 Časté chyby při užívání pojmů 1
zařízení/vodič/uživatel nemůže být „pod proudem“ !!! maximálně může být pod proudem vody ze sprchy, ale ne pod elektrickým proudem PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

13 Časté chyby při užívání pojmů 1
může být pod napětím zahradní hadice při natlakování vodou se napne – je pod napětím (a to i pokud je na druhém konci uzavřena) podobně prodlužka zapojená do zásuvky je pod napětím, zapojený spotřebič je pod napětím může jím protékat proud při otevření hadice na druhém konci jí začne protékat proud vody při zapnutí spotřebiče začne přívodními vodiči (prodlužkou) protékat proud PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

14 Časté chyby při užívání pojmů 1
po vypnutí spotřebiče se přestane odebírat elektrická energie přestane protékat elektrický proud ale přívodní šňůra nebo kabel je stále pod napětím šňůra: min.2 vodiče, ohebná, má konektor, odpojuje se (spotřebič) kabel: min.2 vodiče, neohebný, trvale zapojený (domovní rozvod) vodič: „drát“ (obvykle je izolovaný) pokud něco/někoho zapojíme do elektrického obvodu proud tím/jím protéká pod napětím (to) je nekombinovat! – nemůže být pod proudem! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

15 Časté chyby při užívání pojmů 2
napětí od ČEZ u nás už dávno není 220V v jedné fázi a 380V při třech fázích už dlouho je to 230V a 400V jde o normu, v praxi záleží na vzdálenosti od transformátoru a stavu rozvodu v automobilech od zavedení alternátorů místo dynam není palubní rozvod 12V, ale 13,8V alternátor efektivnější (účinnější) proud z alternátoru se musí usměrňovat v ČS v průběhu výroby vozu Škoda 100, 70. léta 20.stol. dle stavu akumulátoru při vypnutém motoru někdy reálně i 10V a méně... tzv. „dynamo“ na jízdním kole je obvykle ve skutečnosti alternátor, vyrábí střídavý proud, žárovkám to nevadí PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

16 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
„Baterie“ „baterie“ obecně znamená sestavu něčeho teplá a studená voda; mnoho vojáků; mnoho zásob; apod. „tužková baterie“ ve skutečnosti baterie není, je to jen jeden jediný článek o napětí 1,5V (resp. 1,2V – NiCd, NiMh) ale běžně se užívá, zažitý pojem autobaterie je sestava šesti článků po 2V nebo 3 článků pro 6V (některé Trabanty) nebo 12 článků pro 24V (kamiony, autobusy, kombajny, ...) „akumulátor“ – nabíjecí článek, nabíjecí baterie PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

17 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Základní součástky Rezistor slangově: „odpor“ je to jeho fce. nejjednodušší pro demonstraci výpočtů schematická značka: zdroj obrázků: Wikipedia PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

18 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Základní součástky Spínač, přepínač trvale zapíná a rozepíná obvod, příp. přepíná větve Tlačítko změna platí jen po dobu stisku spínací vs. rozpínací užití mj. jako dveřní kontakty (např. u automobilu) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

19 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Základní součástky Dioda běžná – pouští proud pouze jedním směrem LED – vydává světlo (light emitting diode) fotodioda – reaguje na světlo, resp. vyrábí ze světla elektřinu další (zenerova) polovodiče v posledních pár letech prošly obrovským pokrokem výkonné LED flash paměti, procesory a mnoho dalších PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj 2.obrázku: internet

20 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Elektrický obvod proud nemůže mizet jde vždy od jednoho pólu zdroje k druhému pólu téhož zdroje min. dva vodiče (nebo vodič a kostra) při přerušení obvodu v jednom místě přerušen tok proudu v celém obvodu (pokud není paralelní větev) proud je sériově vždy stejný v celém obvodu je dán napětím napěťového zdroje a celkovým odporem obvodu do větví se proud dělí podle jejich odporu/vodivosti proud jde vždy především cestou nejmenšího odporu proud v paralelních větvích se sčítá PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

21 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Základní vztahy U=I*R Ohmův zákon – základ celé el.techniky ! I=U/R, R=U/I mnemotech.pomůcka proti záměnám písmen: Evropan na dvě je „IR“ => U=IR P=U*I P=U2/R PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

22 PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)
Příklad – Ohmův zákon U Ucc=24V R=6W I=? vliv měřáků (úbytky U,I) je zanedbatelný I=Ucc/R=4A U=12V; I=250mA; R=? R=U/I R=12/0,25=12*4=48W V R + Ucc A - I PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

23 První Kirchhoffův zákon
součet proudů v uzlu je roven nule součet všech vstupujících proudu se rovná součtu všech vystupujících proudů žádný proud se sám neobjevuje ani nemizí pro absolventy OA: má dáti = dal na konci vyúčtování všech proudů v uzlu je nula, jako v každém účetnictví přesně to, co přišlo, zase odešlo nic nezbyde na příště, ani nelze vytvořit deficit (co není, to se nebere) pozn.: uzel = vodivé spojení vodičů (dělení obvodu do větví) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj obrázku: přednáška PRIPO

24 Druhý Kirchhoffův zákon
úbytek napětí na všech spotřebičích v uzavřeném obvodu se rovná celkovému napětí zdrojů (součet napětí ve smyčce=0) napětí zdroje se celé rozloží mezi spotřebiče, které jsou sériově pospojovány v obvodu to, kolik kde bude, záleží na odporu jednotlivých prvků (přímá úměra, protože I je sériově konst.) napětí=proud*odpor největší úbytek napětí je na prvcích (součástkách) s největším odporem jako rozpočet a jeho útrata/vyúčtování – co je k dispozici (zdroj), to se utratí (ubyde na spotřebičích) na halíř přesně – nic nemůže zbýt, nic nemůže chybět PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj obrázku: přednáška PRIPO

25 Sériové a paralelní zapojení – R,G
sériové zapojení rezistorů R1 – R2 odpor R=R1+R2 vodivost G=1/R G=1/(1/G1 + 1/G2) paralelní zapojení rezistorů R1 || R2 vodivost G=G1+G2 odpor R=1/G R=1/(1/R1 + 1/R2) stejný princip, jako u potrubí nebo zahradní hadice – větší průřez ~ menší odpor PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

26 Sériové a paralelní zapojení – U, I
sériové zapojení rezistorů R1 – R2 napětí U = U1+U2 proud I=U/R I = I1 = I2 paralelní zapojení rezistorů R1 || R2 proud I=I1+I2 napětí U=I*R U = U1 = U2 Paralelní: ve všech výstupech rozdvojky je stejné napětí 230V jako na vstupu; proud vozidel na čtyřproudé silnici se rozdělí do dvou pruhů (proud v paralelních větvích se po spojení sčítá); u sériového zapojení je to naopak v paralelních větvích je vždy stejné napětí PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

27 Sériové a paralelní zapojení – „logika“
sériové zapojení spínačů R=R1+R2; R1,R2{0; ∞} výsledek: „AND“ paralelní zapojení spínačů výsledek: „OR“ PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

28 Příklad – paralelní zapojení (První Kirchhoffův zákon)
U1 Ucc=6V R1=2W R2=4W I,I1,I2,U1,U2=? vliv měřáků (úbytky U,I) je zanedbatelný Ucc=U1=U2=6V I=I1+I2=Ucc/R 1/R= 1/R1 + 1/R2 I1=U(1)/R1=6/2=3A I2=U(2)/R2=6/4=1,5A I=I1+I2=4,5A lze vypočítat i přes celkový R (při tomto zadání neúčelné) V1 I1 A1 R1 U2 + V2 Ucc I2 A2 - R2 I A Proud jde cestou nejmenšího odporu – vše je krásně a jasně v poměrech: R1/R2=I2/I1 (2/4 = 1,5/3), nepřímá úměra R a I =>kde není odpor, tam teče proud PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

29 Příklad – sériové zapojení (Druhý Kirchhoffův zákon)
Ucc=12V R1=6W R2=18W I1,I2,U1,U2=? vliv měřáků (úbytky U,I) je zanedbatelný R=R1+R2 I=I1=I2=Ucc/R U=I*R U1=U*R1/(R1+R2) V1 V2 A1 R1 R2 + Ucc A2 - I2 R=6+18=24W; I=12/24=0,5A; U1=12*6/(6+18)=3V; U2=U-U1=12-3=9V Vše je krásně a jasně v poměrech: R1/R2=U1/U2 (6/18 = 3/9) ...přímá úměra R a U R1/R = U1/U (6/24 = 3/12) => kde je odpor, tam je úbytek napětí (u vodičů R→0, ideálně nesnižují napětí) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

30 Příklad – sérioparalelní zapojení
! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj obrázku: cvičení PRIPO, Z.Hodek

31 Úraz el. proudem: princip
střídavý (AC, ~) proud v ČR: f=50 Hz => svalová křeč 50 * s-1 => sevření svalu 50x za sekundu => nemožnost se sám pustit dlouhodobě působící stejnosměrný (DC, =) proud rozkládá krev napětí (U, [Volt]) nezabíjí, jen kope zabíjí proud (I, [Ampér]) od 10 mA ~, resp. 25mA = elektrické ohradníky mají U a I ale I=U/R => při konst. odporu kůže vysoké U umožní vysoký I vizte pracovní nula (modrý vodič, v zásuvce vpravo) je uzemněná => k úrazu stačí dotyk jen s fází (hnědý nebo černý vodič, v zásuvce vlevo) na nebezpečné zapojení člověka do obvodu vůbec nemusí reagovat jistič !!! reaguje na proud vyšší než např. 10 nebo 15 A, nebezpečných je ale už 0,01 A měl by reagovat proudový chránič sleduje rozdíl mezi proudem ve fázi a v nule – pozná únik do země, např. skrz člověka ale je drahý, je pouze u koupelen nových domů, jinak v podstatě nikde pozor na elektrický oblouk – vysoké napětí přeskočí i vzduchem => nechoďte po vagonech, ani když jste malí a šikovní PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

32 Úraz el. proudem: Technická první pomoc
způsoby přerušení obvodu (od nejlepšího) vypínač vytažení napájecí šňůry ze zásuvky pozor na její stav, jestli má v pořádku izolaci, jestli neprobíjí hlavní vypínač: „stiskem vypni“ jistič: přepnutí dolů úder do kontaktní končetiny nevodivým předmětem dřevěná nebo plastová suchá násada opravdu dlouhá prodlužka či prodlužka vytažená z okna při nemožnosti vytáhnout zástrčku: přeseknutí šňůry sekerou s dřevěným nebo plastovým suchým topůrkem PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

33 Úraz el. proudem: Technická první pomoc
snaha nedopadnout jako v pohádce o tahání Řepy! při zapojení do obvodu se postiženého nedotýkat při úrazu el. proudem v bazénu neskákat dovnitř ! přerušit dodávku proudu po technické pomoci (odpojení osoby od zdroje) v případě zástavy dechu a krevního oběhu volat 155 kardiopulmonální resuscitace 30:2 i pokud je postižená osoba zdánlivě v pořádku je vhodné lékařské vyšetření v nemocnici (možná změna psychiky) u svěřené osoby nutné! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

34 Úraz el. proudem: Krokové napětí
krokové napětí – spadlé el. vedení spadlé elektrické vedení se uzemňuje s rostoucí vzdáleností klesá napěťový potenciál 2 nohy stojící různě daleko od místa kontaktu vodiče se zemí jsou připojeny k různému napěťovému potenciálu => projde jimi rozdíl napětí v obou bodech, člověk je využit jako paralelní vodič (další větev) => ke spadlým vodičům se nepřibližovat čistě teoreticky: pohyb sounož nebo chůze krátkými kroky po spirále nelehat si na zem (platí i při bouřce!), mít nohy u sebe zachranny-kruh.com PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

35 Úraz el. proudem: Krokové napětí a bouřka
obrázky z PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)