Test ELM.06 — zestaw 29

Dlaczego tak

Iloczyn wolta i ampera daje wat (1 V · 1 A = 1 W), a pomnożenie mocy przez czas w sekundach daje energię w dżulach: 1 W · 1 s = 1 J. Odpowiedź „1 W” powstaje z pominięcia czynnika czasu, a „1 Wh” — z pomylenia sekundy z godziną (1 Wh = 3600 J). Kulomb to iloczyn ampera i sekundy, bez udziału wolta.

Dlaczego tak

Admitancja jest odwrotnością impedancji: Y = 1/Z = 1/50 Ω = 0,02 S, czyli 20 mS. Wynik 50 S to przepisanie wartości liczbowej impedancji ze zmianą jednostki na simens, a 2 mS i 0,2 S powstają z błędnego przesunięcia przecinka. Admitancja mówi, jak łatwo prąd przemienny płynie przez element, podobnie jak konduktancja w obwodach prądu stałego.

Dlaczego tak

Oczko to zamknięta droga przebiegająca przez gałęzie obwodu, w której wychodząc z dowolnego węzła, wraca się do niego, nie przechodząc dwa razy przez ten sam węzeł; dla oczek zapisuje się równania z II prawa Kirchhoffa. Punkt łączenia co najmniej trzech gałęzi to węzeł, a odcinek między dwoma węzłami z jednym prądem to gałąź — te trzy pojęcia są często mylone. Źródła zasilające są elementami gałęzi, a nie definicją oczka.

Dlaczego tak

Magnesy NdFeB mają bardzo dużą energię magnetyczną i pozostałość magnetyczną, dzięki czemu pozwalają budować małe silniki serwo o dużym momencie. Ferryty też są stosowane na magnesy, ale ferryt manganowo-cynkowy jest materiałem magnetycznie miękkim, używanym na rdzenie transformatorów impulsowych i dławików. Stal krzemowa i permaloj również są materiałami magnetycznie miękkimi, które łatwo się przemagnesowują.

Dlaczego tak

Rezystancja metali rośnie z temperaturą: R = R₂₀ · (1 + α · ΔT) = 10 Ω · (1 + 0,004 1/K · 50 K) = 12 Ω. Wynik 12,8 Ω powstaje po podstawieniu temperatury końcowej 70 °C zamiast przyrostu 50 K, a 10,2 Ω — po dodaniu iloczynu α · ΔT bezpośrednio do rezystancji zamiast jej przemnożenia. Ten efekt wykorzystuje się do oceny temperatury uzwojeń metodą pomiaru rezystancji.

Dlaczego tak

W połączeniu równoległym rezystancja zastępcza jest zawsze mniejsza od najmniejszej z rezystancji, a gdy jedna jest tysiąc razy większa, prawie cały prąd płynie przez mniejszą: R = 1 kΩ · 1000 kΩ / 1001 kΩ ≈ 999 Ω. Wynik 1,001 MΩ to suma rezystancji, właściwa dla połączenia szeregowego. Wartość około 500 kΩ powstaje z błędnego uśrednienia obu rezystancji.

Dlaczego tak

W połączeniu równoległym RC prądy gałęzi są przesunięte o 90°, dlatego Z = R · XC / √(R² + XC²) = 40 · 30 / 50 = 24 Ω. Wynik 17,1 Ω powstaje ze wzoru R · X / (R + X), właściwego dla dwóch rezystorów, który pomija przesunięcie fazowe. Wartość 50 Ω to moduł impedancji połączenia szeregowego tych elementów, a 70 Ω — ich arytmetyczna suma.

Dlaczego tak

Z warunku rezonansu XL = XC wynika C = 1 / (ω² · L), gdzie ω = 2π · 50 Hz ≈ 314 rad/s: C = 1 / (98 700 · 0,1) F ≈ 1,01 · 10⁻⁴ F, czyli około 101 µF. Wynik 31,8 mF powstaje z pominięcia kwadratu pulsacji (1 / (ω · L)), a 10,1 µF i 1,01 mF to błędy przesunięcia przecinka przy zamianie farada na mikrofarady. Po dołączeniu takiego kondensatora reaktancje cewki i kondensatora wynoszą po około 31,4 Ω i znoszą się.

Dlaczego tak

Wirujące pole magnetyczne wirnika kolejno indukuje maksimum napięcia w uzwojeniach przesuniętych w przestrzeni o 120°, więc o kolejności faz decyduje kierunek obrotów — po jego zmianie fazy następują w odwrotnej kolejności. Prąd wzbudzenia wpływa na wartość indukowanego napięcia, a nie na kolejność faz, co jest częstym pomieszaniem tych dwóch parametrów. Liczba zwojów i obciążenie również nie zmieniają następstwa faz.

Dlaczego tak

Moc pozorną symetrycznego odbiornika trójfazowego oblicza się ze wzoru S = √3 · U · I = 1,73 · 400 V · 16 A ≈ 11 100 VA, czyli około 11,1 kVA. Wynik 19,2 kVA powstaje z pomnożenia napięcia przewodowego przez 3 zamiast przez √3 — mnożnik 3 jest poprawny tylko dla napięcia fazowego (3 · 230 V · 16 A ≈ 11 kVA). Wynik 6,4 kVA to iloczyn napięcia przewodowego i prądu bez współczynnika √3, a 3,7 kVA — moc jednej fazy.

Dlaczego tak

Idealny kondensator przez ćwierć okresu gromadzi energię w polu elektrycznym, a przez następną ćwierć oddaje ją do źródła, dlatego średnia moc czynna jest równa zeru, a pobierana jest wyłącznie moc bierna. Iloczyn wartości skutecznych U · I daje moc pozorną, która w tym przypadku równa się mocy biernej, a nie czynnej. Wzrost częstotliwości zwiększa prąd i moc bierną kondensatora, ale nie powoduje poboru mocy czynnej.

Dlaczego tak

Napięcie między dwoma punktami jest różnicą ich potencjałów: UAB = VA − VB = 5 V − (−3 V) = 8 V. Wynik 2 V powstaje z odjęcia samych modułów potencjałów bez uwzględnienia znaku, a −8 V to napięcie UBA, czyli liczone w odwrotnym kierunku. Pomiar tego napięcia multimetrem wymaga przyłożenia przewodu „+” do punktu A, a przewodu „COM” do punktu B.

Dlaczego tak

Szeregowe połączenie dwóch jednakowych kondensatorów ma połowę pojemności jednego z nich: 470 µF : 2 = 235 µF, a napięcie dzieli się po równo, więc całość wytrzyma 2 · 35 V = 70 V. Odpowiedź 940 µF wynika z dodania pojemności, właściwego dla połączenia równoległego, a 235 µF przy 35 V pomija rozkład napięcia na dwa kondensatory. Rezystory wyrównujące są potrzebne, bo rzeczywiste kondensatory elektrolityczne mają różne prądy upływu.

Dlaczego tak

Natężenie pola magnetycznego H opisuje pole wytwarzane przez prąd niezależnie od ośrodka i wyraża się w amperach na metr (A/m). W teslach mierzy się indukcję magnetyczną B, z którą H jest często mylone, bo obie wielkości opisują to samo pole i wiąże je zależność B = μ · H. Weber jest jednostką strumienia magnetycznego, a henr na metr — przenikalności magnetycznej.

Dlaczego tak

Szczelina powietrzna ma reluktancję setki razy większą niż rdzeń stalowy, więc nawet ułamek milimetra znacznie zwiększa reluktancję obwodu. W cewce prądu przemiennego maleje wtedy indukcyjność, a prąd rośnie, co powoduje brzęczenie, przegrzanie i w końcu spalenie cewki. Przekonanie, że szczelina zmniejsza opór magnetyczny, wynika z pomylenia powietrza z materiałem ferromagnetycznym.

Dlaczego tak

Potrzebny przepływ to Θ = H · l = 600 A/m · 0,3 m = 180 A, a prąd cewki I = Θ / N = 180 A / 300 = 0,6 A. Wynik 2 A powstaje z podzielenia natężenia pola przez liczbę zwojów z pominięciem długości drogi strumienia (600 : 300). Wynik 1,67 A to odwrócony iloraz N / Θ, a 6 A — błąd przesunięcia przecinka.

Dlaczego tak

Przy przerwaniu prądu strumień magnetyczny cewki gwałtownie zanika, a zgodnie ze zjawiskiem samoindukcji indukuje się siła elektromotoryczna przeciwdziałająca zmianie prądu, tym większa, im szybsza zmiana — stąd przepięcia rzędu setek woltów. Dlatego równolegle do cewek DC montuje się diody gaszące lub warystory, chroniące tranzystory i styki wyjść sterownika. Rezonans czy wzrost rezystancji nie wyjaśniają tak dużego napięcia, a naskórkowość dotyczy prądów o dużej częstotliwości.

Dlaczego tak

Zgodnie z II prawem Kirchhoffa napięcie zasilacza równa się sumie napięcia na odbiorniku i spadków na obu żyłach: 24 V = 22,6 V + 2 · ΔU, stąd ΔU = 0,7 V. Wynik 1,4 V to łączny spadek na obu żyłach, często błędnie przypisywany jednej z nich, bo zapomina się, że prąd płynie do odbiornika i z powrotem. Wartość 11,3 V powstaje z podzielenia na pół napięcia odbiornika.

Dlaczego tak

Rezystancja zastępcza to 10 Ω + 20 Ω · 20 Ω / 40 Ω = 20 Ω, więc prąd całkowity wynosi 24 V / 20 Ω = 1,2 A i dzieli się po równo między dwa jednakowe rezystory: po 0,6 A. Wynik 1,2 A to prąd całego obwodu, płynący przez rezystor 10 Ω, a nie przez każdą z gałęzi równoległych. Wynik 0,8 A powstaje z pominięcia jednej gałęzi równoległej (24 V / 30 Ω), a 2,4 A — z uwzględnienia tylko rezystora 10 Ω.

Dlaczego tak

W obwodzie szeregowym RL napięcie na cewce wyprzedza napięcie na rezystorze o 90°, dlatego dodaje się je geometrycznie: U = √(120² + 160²) V = √40 000 V = 200 V. Wynik 280 V to suma arytmetyczna, poprawna tylko w obwodach prądu stałego, a 40 V — różnica napięć. Taki rozkład napięć zaskakuje przy pomiarach: suma wskazań woltomierzy jest większa od napięcia zasilania.

Dlaczego tak

Na rezystorze odkłada się różnica napięć zasilania i stabilizacji: 12 V − 5,1 V = 6,9 V, więc R = 6,9 V / 0,02 A = 345 Ω. Wynik 600 Ω powstaje z podzielenia całego napięcia zasilania przez prąd, z pominięciem napięcia na diodzie, a 255 Ω — z podzielenia samego napięcia Zenera. Wynik 3,45 kΩ to błąd zamiany miliamperów na ampery.

Dlaczego tak

Strzałka dochodząca prostopadle do boku prostokąta oznacza ruchomy styk (suwak), a trzy wyprowadzenia — potencjometr, czyli dzielnik napięcia o regulowanym stosunku podziału. Rezystor nastawny ma podobny symbol, dlatego bywa z nim mylony, ale strzałka przechodzi w nim ukośnie przez cały prostokąt, a element ma dwa wyprowadzenia. Termistor i warystor oznacza się ukośną kreską z krótkim odcinkiem i odpowiednim opisem, np. „−ϑ” lub „U”.

Dlaczego tak

W symbolach tranzystorów MOSFET strzałka na podłożu wskazuje kierunek złącza podłoże–kanał: strzałka skierowana do kanału oznacza kanał typu N, a od kanału — typu P. Odwrócenie tej reguły jest częstym błędem, bo w tranzystorze bipolarnym NPN strzałka na emiterze jest skierowana na zewnątrz. Tranzystory bipolarne nie mają izolowanej bramki ani podłoża, a JFET nie ma izolowanej bramki, więc ich symbole są inne.

Dlaczego tak

Dwa zachodzące na siebie okręgi to uproszczony symbol transformatora dwuuzwojeniowego według norm IEC; każdy okrąg odpowiada jednemu uzwojeniu. Dławik oznacza się symbolem cewki, czasem z linią rdzenia, i bywa mylony z transformatorem, bo oba elementy mają uzwojenia na rdzeniu. Bezpiecznik ma symbol prostokąta z linią wzdłuż osi, a przekaźnik — prostokąta cewki ze stykami.

Dlaczego tak

Strzałki skierowane do elementu oznaczają, że reaguje on na padające promieniowanie, a prostokąt bez złącza półprzewodnikowego wskazuje element rezystancyjny — razem daje to symbol fotorezystora, którego rezystancja maleje przy oświetleniu. Dioda LED ma symbol diody ze strzałkami skierowanymi na zewnątrz, bo światło emituje. Termistor i warystor mają symbol prostokąta z ukośną kreską i opisem wielkości wpływającej.

Dlaczego tak

W trzycyfrowym kodzie rezystorów SMD dwie pierwsze cyfry to cyfry znaczące, a trzecia — liczba zer (mnożnik): „103” oznacza 10 · 10³ Ω = 10 kΩ. Odczyt „103 Ω” pomija rolę trzeciej cyfry jako mnożnika, a 1 kΩ i 100 kΩ powstają z dopisania o jedno zero za mało lub za dużo. Ten sam system stosuje się do kondensatorów, gdzie wynik podaje się w pikofaradach.

Dlaczego tak

Symbol uziemienia otoczony okręgiem oznacza według IEC 60417 zacisk uziemienia ochronnego, do którego przyłącza się żółto-zielony przewód ochronny PE. Sam symbol uziemienia bez okręgu oznacza uziemienie funkcjonalne, dlatego te dwa oznaczenia są często mylone, choć pełnią inną rolę. Połączenie z masą obudowy ma osobny symbol, a zacisk przewodu neutralnego oznacza się literą N.

Dlaczego tak

TCR (temperaturowy współczynnik rezystancji) wyrażony w ppm/K określa, o ile milionowych części zmienia się rezystancja przy zmianie temperatury o 1 K — przy 25 ppm/K i zmianie o 40 K rezystancja zmieni się o 0,1 %. Tolerancja wykonania jest z nim często mylona, bo też wyraża odchyłkę rezystancji, ale dotyczy rozrzutu produkcyjnego w temperaturze odniesienia. Liczba 25 nie odnosi się ani do temperatury, ani do napięcia.

Dlaczego tak

Przy częstotliwości 100 kHz dioda wielokrotnie przełącza się w ciągu milisekundy, a zwykła dioda prostownicza przez czas odzyskiwania zdolności zaworowej trr przewodzi prąd wsteczny, co powoduje straty i grzanie — dlatego stosuje się diody szybkie lub Schottky'ego. Napięcie Zenera jest parametrem diod stabilizacyjnych, a nie prostowniczych. Prąd podtrzymania dotyczy tyrystorów i triaków, które w takich układach nie są stosowane w miejscu diody.

Dlaczego tak

Napięcie przewodzenia diody LED zależy od materiału półprzewodnika i długości fali: dla diod czerwonych wynosi ok. 1,8–2,2 V, a dla białych i niebieskich ok. 2,8–3,4 V, więc po wymianie trzeba przeliczyć rezystor ograniczający. Kąt świecenia zależy od soczewki obudowy, a nie od barwy, dlatego nie jest tu cechą rozróżniającą. Prąd wsteczny i czas narastania nie wpływają na dobór rezystora w sygnalizatorze.

Dlaczego tak

Parametr „ripple & noise” podaje wartość międzyszczytową (peak-to-peak) składowej zmiennej, nałożonej na napięcie stałe na wyjściu zasilacza — przy 50 mVpp napięcie waha się w zakresie około ±25 mV wokół 24 V. Spadek napięcia przy pełnym obciążeniu opisuje inny parametr — stabilizacja obciążeniowa, z którą tętnienia bywają mylone. Zakres napięcia wejściowego i napięcie izolacji podaje się w karcie osobno.

Dlaczego tak

Moc wydzielana w rezystorze wynosi P = U² / R = (24 V)² / 470 Ω ≈ 1,23 W, więc rezystor 1 W byłby przeciążony i należy wybrać 2 W. Wartość około 0,05, prowadząca do wyboru 0,25 W, powstaje z obliczenia U / R, czyli prądu w amperach, i potraktowania go jak mocy. W praktyce dobiera się rezystor z zapasem, bo w zamkniętej obudowie odprowadzanie ciepła jest gorsze.

Dlaczego tak

Przyrost temperatury złącza względem otoczenia to iloczyn mocy strat i rezystancji termicznej: ΔT = 2 W · 40 K/W = 80 K, więc Tj = 25 °C + 80 °C = 105 °C. Wynik 80 °C to sam przyrost temperatury, bez dodania temperatury otoczenia, a 65 °C powstaje z dodania do 25 °C wartości 40 bez mnożenia przez moc. Wynik porównuje się z dopuszczalną temperaturą złącza z karty katalogowej, np. 150 °C, zachowując zapas.

Dlaczego tak

Oznaczenie L70 określa czas, po którym strumień świetlny diody LED spada do 70 % wartości początkowej — dioda nadal świeci, ale słabiej, co uznaje się za koniec jej użytecznej trwałości. Interpretacja „70 % diod ulegnie awarii” myli spadek strumienia z odsetkiem diod niespełniających wymagania, który podaje dodatkowe oznaczenie B, np. L70B50. Liczba 70 nie dotyczy temperatury pracy, a dioda nie gaśnie nagle po upływie tego czasu.

Dlaczego tak

Moc wyjściowa to P = 24 V · 4,5 A = 108 W, więc sprawność η = 108 W / 120 W = 0,9, czyli 90 %. Wynik 111 % powstaje z odwrócenia ilorazu (120 / 108) i jest fizycznie niemożliwy, bo sprawność nie przekracza 100 %. Wartość 10 % to udział strat (12 W), które zamieniają się w ciepło odprowadzane z obudowy zasilacza.

Dlaczego tak

Na rysunku technicznym zawsze wpisuje się wymiary rzeczywiste przedmiotu, niezależnie od podziałki, w której go narysowano — podziałka wpływa tylko na długość narysowanych linii. Wpisanie 60 wynika z przeniesienia na liczbę wymiarową zmniejszenia 1:2, co prowadziłoby do wykonania wałka o połowę za krótkiego. Wartość 240 to błąd odwrotny, jak przy podziałce powiększającej.

Dlaczego tak

Wymiarowanie od wspólnej bazy sprawia, że położenie każdego odsadzenia zależy tylko od jednego wymiaru i jego tolerancji, liczonych od czoła wałka. Wymiarowanie łańcuchowe wydaje się prostsze, ale błędy kolejnych wymiarów sumują się, więc położenie ostatnich odsadzeń może znacznie odbiegać od wymaganego. Zamknięty łańcuch wymiarowy jest błędem, bo jeden wymiar jest nadmiarowy i sprzeczny z tolerancjami pozostałych.

Dlaczego tak

Przy szeregowym łańcuchu wymiarowym tolerancje się sumują: wymiar nominalny pakietu to 30 mm, a odchyłki wynoszą 3 · (±0,1 mm) = ±0,3 mm, czyli 29,7–30,3 mm. Wynik 29,9–30,1 mm powstaje z przeniesienia tolerancji pojedynczej tulei na cały pakiet, co jest częstym błędem przy planowaniu luzów osiowych. Takie obliczenie najgorszego przypadku pozwala sprawdzić, czy pakiet zmieści się między odsadzeniem a pierścieniem osadczym.

Dlaczego tak

Wcisk najmniejszy powstaje, gdy wałek jest najmniejszy, a otwór największy: 0,035 mm − 0,021 mm = 0,014 mm, a wcisk największy przy wałku największym i otworze najmniejszym: 0,048 mm − 0 = 0,048 mm. Wynik 0,069 mm powstaje z dodania odchyłki otworu do odchyłki wałka zamiast jej odjęcia. Ponieważ nawet najmniejsza wartość jest wciskiem, H7/s6 to pasowanie ciasne, wymagające montażu na prasie lub skurczowo.

Dlaczego tak

Zapis „2×45°” oznacza fazkę (ścięcie krawędzi) o długości 2 mm, wykonaną pod kątem 45°; ułatwia ona montaż łożysk i usuwa ostrą krawędź. Zaokrąglenie krawędzi oznacza się literą R z wartością promienia, np. R2, i bywa mylone z fazką, bo oba zabiegi łagodzą krawędź. Liczba 2 nie oznacza liczby elementów ani średnicy otworów.