Sujeten:
- Aféierung
- Atomkäre mat Elektronen
- Elektronen Flux
- Stroum, Spannung a Resistenz
Aféierung:
All Autostechniker, vun Assistent bis technesch Spezialist, huet sech mat Elektronik ze dinn. Nieft der Elektronik vu Komfort- a Sécherheetssystemer wéi Beliichtung, Windschutzscheibemotor an ABS-System fanne mir Elektronik an der Kontroll vum Motormanagementsystem an a Form vu Kommunikatiounsnetzwierker (och CAN Bus). Ëmmer méi Gefierer kréien och en elektresche Drivetrain. Jiddereen deen d'Elektronik verstoen wëll, soll mat de Basics ufänken. An dëser Rubrik fänke mir mat enger kuerzer Erklärung vun den Elektronen un, déi ronderëm en Atom kreien, a mir gi séier op elektresch Diagrammer weider, wou d'Basiskonzepter vun der Gefierelektronik op eng praktesch Manéier erkläert ginn.
Atomkäre mat Elektronen:
Dem Bohr sengem Atommodell no besteet en Atom aus engem Kär, dee Protonen an Neutronen enthält, mat Elektronen, déi a verschiddene Schuelen ëmkreest. De Kupferatom enthält 29 Protonen a 35 Neutronen a sengem Kär.
D'Elektronen sinn a véier Muschelen lokaliséiert. D'Verdeelung vun den Elektronen iwwer dës Muschelen gëtt d'Elektronkonfiguratioun genannt. All Réibau huet eng maximal Unzuel u Plazen fir Elektronen. Déi éischt Schuel (K) huet Plaz fir zwee Elektronen, déi zweet Schuel (L) fir aacht, déi drëtt Schuel (M) fir uechtzéng an déi aner Schuel fir 32 Elektronen.
D'Elektronen an den banneschten dräi Muschelen si gebonnen Elektronen. D'Elektronen an der äusserer Schuel bedeelegen u chemesche Bindungen a Reaktiounen a ginn och "Valenzelektronen" genannt. De Kupferatom enthält ee Valenzelektron. Dës Elektrone kënne sech fräi bewegen an an en anert Atom bewegen. Am Fall vu Kupferdrot iwwerlappen déi baussenzeg Schelle sech an den eenzegen Elektron kann iwwer d'Schuel vu sengem Nopeschatom bewegen.
D'Valenzelektron spenden ass wichteg fir dëst Thema. De Sprangen vum Elektron vun engem Atom an en aneren mécht et méiglech fir d'Material ze féieren. Materialien wéi Kupfer, Gold an Aluminium hunn e Valenzelektron an der äusserer Schuel. Am Géigesaz, Isolatoren wéi Plastik, Glas a Loft hunn keen Valenzelektron. Dëst Material ass also och net-leitend.
Elektronen Flux:
Am nächste Bild gesi mir eng Batterie, eng Lampe, den Dirigent (Kupferdraht) an e Schalter. Ofhängeg vun der Positioun vum Schalter, kann de Stroum duerch de Circuit fléissen oder net. De hellbloe Rechteck representéiert de Kupferleiter mat de Kupferatome (giel) an de sprangende Valance-Elektronen (gréng).
- Schalt op: d'Elektronen kreesen ëm de Kupferatom, awer et gëtt keen Elektronenfloss duerch de Konsument (d'Lampe). D'Lampe ass net beliicht;
- Schalter zou: well d'Batterie e Spannungsdifferenz entsteet, entsteet en Elektronenfloss vu Minus op Plus. De Stroum fléisst duerch d'Lampe a schalt op wéinst dem Elektronenfloss an dem Spannungsdifferenz.
De Stroum beweegt sech vun - (Minus) op + (plus). Dëst ass déi aktuell Flow Richtung. Et gouf geduecht datt de Stroum vu Plus op Minus géif bewegen, awer dat ass net richteg. Trotzdem, fir d'Bequemlechkeet, hale mir un dës Theorie a nennen et déi "technesch Flowrichtung". An wat folgendermoossen wäerte mir dës technesch Flux Richtung erhalen, unzehuelen, datt de Flux leeft vu Plus zu Minus.
Stroum, Spannung a Resistenz:
An dëser Rubrik zoome mir op déi dräi Konzepter: Stroum, Spannung a Resistenz. Mir treffen dës Konzepter déi ganzen Zäit an der Automobiltechnologie. Stroum, Spannung a Resistenz hunn all seng eege Quantitéit, Eenheet a Symbol.
- I = Stroum = Ampere (A)
- U = Volt = Volt (V)
- R = Resistenz = Ohm (Ω)
Aktuell: An der viregter Sektioun hu mir de Stroum vun Elektronen duerch e Circuit gesinn. D'Quantitéit vun Elektronen déi duerch e bestëmmte Querschnittsgebitt vun engem elektresche Dirigent bannent enger Sekonn fléisst gëtt de Stroum genannt. D'Eenheet vum Stroum ass Ampere (A). E Stroum vun 1 A gëtt erreecht wann 6,24 Quintilliounen (6.240.000.000.000.000.000) Elektronen bannent enger Sekonn duerch e Querschnitt gefloss sinn. Wat méi Elektronen an enger bestëmmter Zäit fléien, wat méi héich ass de Stroum.
Fir Abléck ze kréien wéi vill Kraaft déi elektresch Konsumenten an der Automobiltechnologie erfuerderen, hei ass eng Lëscht wou de Stroum op eng Ladespannung vu 14 Volt geschat gëtt:
- Benzinmotor Startmotor: 40 - 80 A;
- Dieselmotor Startmotor: 100 - 300 A;
- Zündspiral: 3 bis 6 A, jee no Typ;
- Benzinmotor Brennstoff Injektor: 4 - 6 A;
- Elektresch Brennstoff Pompel: 4 - 12 A, je Drock a Flux;
- Elektresch Kühlfan: 10 - 50 A;
- H7-Lampe (Halogen-Déifstrahl) vun 55 Watt: 3,9 A;
- 35 Watt Xenonlampe: 2,5 A;
- LED Luuchten (PWM kontrolléiert an net iwwer eng Serie resistor): 0,6 - 1 A;
- Heckfensterheizung: 10 - 15 A;
- Sëtzheizung: 3 – 5 A pro Sëtz;
- Standard Autoradio ouni Bordcomputer: ~5 A;
- Wipermotor: 2 -5 A jee no Kraaft;
- Interieur Fan Motor: 2 - 30 A je Vitesse;
- Elektresch Lenkung: 2 – 40 A, jee no Kraaft.
Spannen: D'Spannung ass d'Kraaft déi d'Elektronen beweegt. D'Spannung ass eng Miessung vum Ënnerscheed a Kraaft tëscht Elektronen op zwee Punkten. D'Spannung gëtt a Volt gemooss, ofgekierzt V. An der Automobiltechnologie schaffe mir mat enger "Nominalspannung" vun 12 Volt. Dëst bedeit datt d'Batterie an all elektresch Konsumenten op 12 Volt baséieren. Wéi och ëmmer, an der Praxis gesi mir datt d'Spannung ni genau 12 Volt ass, awer ëmmer liicht méi niddereg ass, awer dacks méi héich. Zousätzlech ass d'Spannung mat elektresche Propulsioun vill Mol méi héich. D'Konsumenten an engem Auto verbrauchen Spannung. Loosst eis den hënneschte Fënsterheizung als Beispill huelen: et benotzt ongeféier e Stroum vun 10 Ampere bei enger Spannung vu 14 Volt. De Flux gëtt net ass verbraucht a geet zréck an d'Batterie. D'14 Volt Spannung gëtt an der hënneschter Fënsterheizung benotzt fir opzehëtzen. Um Enn (der Buedem Säit) et nach 0 Volt lénks.
Fir Abléck an déi méiglech Spannungsniveauen an engem Passagéierauto ze kréien, hei ass eng kuerz Lëscht vu Spannungen déi mir begéine kënnen:
- Batteriespannung: 11 - 14,8 V (bal eidel Batterie bis maximal Ladespannung vum Alternator);
- Piezo Injektor Ouverture Volt: kuerz 60 - 200 Volt;
- Systemspannung vun engem Gefier mat elektresche Propulsioun (Hybrid oder BEV): 200 – 800 Volt.
Resistenz: all elektresch Komponent huet eng intern Resistenz. Dëse Resistenzwäert bestëmmt wéi vill Stroum fléisst. Wat méi héich d'Resistenz ass, dest manner de Stroum. De Widderstand huet de Buschtaf R an d'Eenheet Ohm. Als Eenheet benotze mir den Omega Zeechen aus dem griichesche Alphabet: Ω. Mir kënnen een an engem elektresche Circuit benotzen extra Resistenz addéieren fir de Stroum ze limitéieren.
Wann e Kuerzschluss gemaach gëtt, zum Beispill wann e positiven Drot de Kierper beréiert, gëtt et ganz niddereg Resistenz. De Stroum klëmmt direkt bis eng Sicherung bléist fir Schued ze vermeiden. An der folgender Lëscht gesi mir wéi vill Resistenz d'Komponenten déi mir an der Automobiltechnologie begéinen hunn:
- Kupferdrot vun 2 Meter laang an engem Querschnitt vun 1,25 mm²: 0,028 Ω;
- Lampe (21 Watt Glühbir): 1,25 Ω;
- Bensinmotor Brennstoffinjektor (déi héichimpedanz Variant): 16 Ω;
- Relais Kontroll Stroum Sektioun: ~ 60 Ω;
- Relais Haaptstroum Sektioun: < 0,1 Ω.
D'Resistenz vun engem Komponent hänkt dacks vun der Temperatur of: Zum Beispill ass d'Resistenz vun der Luuchte wann se un ass vill méi héich wéi während der Messung wann et kal war, an där de Stroum erofgeet wéi et méi waarm gëtt.
Zesummefaassend: d'Resistenz vun enger elektrescher Komponent bestëmmt wéi vill Stroum fléisst. Kleng Resistenz bedeit datt vill Stroum fléisst. Déi geliwwert Spannung (dacks ëm 12 Volt) gëtt an der elektrescher Komponent verbraucht, wat zu 0 Volt op der Buedemsäit resultéiert. D'Kraaft gëtt net verbraucht, sou datt et op der Plus Säit grad esou héich ass wéi um Buedem.
Fir d'Konzepter besser ze verstoen, ass et heiansdo nëtzlech fir d'Beispill vum Waasserfass ze kucken. D'Fass gëtt mat Waasser gefëllt an um Buedem mat engem Krunn zougemaach. D'Spannung an de Floss vum Waasser duerch de Krunn, deen eng gewësse Quantitéit Waasser erlaabt duerch ze passéieren, ginn eng gutt Iddi vu wat mam Stroum an engem Konsument mat enger interner Resistenz geschitt.
Spannen:
Wann d'Fass mat Waasser gefëllt ass, erhéicht de Waasserdrock am Krunn. De Waasserdrock kann mam Konzept vun der Spannung am Stroum verglach ginn. De System muss zougemaach ginn, soss gëtt d'Waasser drainéiert an et gëtt kee Waasserdrock méi.
Aktuell:
Wa mir de Krunn opmaachen, fänkt d'Waasser duerch de Krunn ze "fléissen". De Waasserfloss kann mam Konzept vum Stroum am Stroum verglach ginn.
Resistenz:
De Krunn reguléiert d'Resistenz géint de Passage vum Waasserfluss. Wéi de Krunn weider opgemaach gëtt, geet d'Resistenz erof an de Stroum klëmmt.
Dat selwecht gëllt fir Elektrizitéit. Mat méi Resistenz am elektresche Circuit gëtt et manner Stroum a vice versa. D'Resistenz huet keen Afloss op d'Spannung.
