Sicherheitsvorkehrungen
(1) elektrischen Strom und Versuchsaufbau
(2) die Arbeitsumgebung
3. Kleidung und persönliche Anforderungen
Grundausstattung: Demonstration und Überblick über Elektronik und Messtechnik
4. Funktionsgenerator

Abbildung 1: Nahaufnahme der Funktion Generator Display und Bedienfeld. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
5. DC-Stromversorgung

Abbildung 2: DC Netzteil Einheit Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
(6) Oszilloskop

Abbildung 3: Oszilloskop Einheit. Display und Bedienfeld zeigt hautnah. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: eine konventionelle geerdete Prüfspitze. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5: differentielle Spannung Sonde. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Bild 6: Seitenansicht der Stromzange. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
(7) multimeter

Abbildung 7: Multimeters. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
(8) Netzteil

Abbildung 8: dreiphasige Steckdose. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 9: Draufsicht eines Drehstrom-Variable Transformators (VARIAC). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.
Elektrische Maschinen und macht Elektronik Experimente…
Sicherheitsvorkehrungen
(1) elektrischen Strom und Versuchsaufbau
(2) die Arbeitsumgebung
3. Kleidung und persönliche Anforderungen
Grundausstattung: Demonstration und Überblick über Elektronik und Messtechnik
4. Funktionsgenerator

Abbildung 1: Nahaufnahme der Funktion Generator Display und Bedienfeld. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
5. DC-Stromversorgung

Abbildung 2: DC Netzteil Einheit Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
(6) Oszilloskop

Abbildung 3: Oszilloskop Einheit. Display und Bedienfeld zeigt hautnah. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 4: eine konventionelle geerdete Prüfspitze. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 5: differentielle Spannung Sonde. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Bild 6: Seitenansicht der Stromzange. Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.
(7) multimeter

Abbildung 7: Multimeters. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
(8) Netzteil

Abbildung 8: dreiphasige Steckdose. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Abbildung 9: Draufsicht eines Drehstrom-Variable Transformators (VARIAC). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Die Elektrizität, die Maschinen, Werkzeuge und andere experimentelle Geräte antreibt, muss mit Sorgfalt und Aufmerksamkeit behandelt werden. Körperkontakt mit hoher Spannung und hohem Strom kann zu Muskelkrämpfen, Verbrennungen, Herzstillstand und sogar zum Tod führen. Schon kleine Strommengen, die durch den Körper geleitet werden, können zu einem Stromschlag führen. 10 Milliampere können Muskelkontraktionen, Verlust der Muskelkontrolle und die Unfähigkeit, loszulassen, hervorrufen. 10 Mikroampere durch das Herz können Kammerflimmern verursachen. Bei Laborexperimenten werden in der Regel Geräte verwendet, die den internationalen Sicherheitsstandards entsprechen. Das UL-Label des Underwriters Laboratory bescheinigt beispielsweise, dass die Geräte diese Standards erfüllen, wodurch bestimmte Arten von gefährlicher Exposition verhindert werden. Elektrische Ein- und Ausgänge oder kundenspezifische Geräte stellen jedoch immer noch eine Gefahr dar. In diesem Video werden elektrische Sicherheitsvorkehrungen vorgestellt und gängige elektrische Geräte vorgestellt, die in vielen Arten von Laborexperimenten verwendet werden.
Tragen Sie bei der Verwendung von elektrischen Geräten lange Hosen, geschlossene Schuhe und geeignete persönliche Schutzausrüstung. Vermeiden Sie lose Kleidung und entfernen Sie baumelnde oder metallische Accessoires, die versehentlich mit Strom in Berührung kommen können. In den Vereinigten Staaten beträgt der einphasige Wechselstrom aus einer Steckdose 120 Volt. Steckdosen für dreiphasigen Wechselstrom können bis zu 480 Volt und über 10 Ampere liefern. Energiequellen müssen also mit Respekt behandelt werden. Eine saubere Laborumgebung ist wichtig, um Gefahren zu mindern. Vermeiden Sie lose oder ausgefranste Drähte, Kabel und Verbindungen. Erfahren Sie, wie Sie alle Geräte, Netzteile und Leistungsschalter ausschalten. Stellen Sie sicher, dass mindestens zwei Personen an einem Experiment arbeiten, das über eine zugängliche Gleichspannung von mehr als 50 Volt verfügt. Wenden Sie die gleichen Vorsichtsmaßnahmen für einphasige oder dreiphasige Wechselstromnetze an. Gehen Sie davon aus, dass freiliegendes Metall unter Spannung steht, es sei denn, dies ist überprüft. Bevor Sie eine Einrichtung ändern, schalten Sie die im Test verwendeten Stromquellen aus oder ziehen Sie den Netzstecker. Die ordnungsgemäße Erdung der Geräte stellt sicher, dass sich das Gehäuse auf Erdungspotential befindet, wodurch ein Stromschlag verhindert wird. Schließen Sie das Gerät immer mit dem dafür vorgesehenen Netzkabel an die Steckdose an. Geräte, die heißer als erwartet sind, sind sowohl eine Gefahr als auch ein Symptom für ein Problem, das behoben werden sollte. Schalten Sie schließlich alle Geräte aus, nachdem ein Experiment abgeschlossen ist, und schalten Sie unbenutzte Geräte aus, bevor Sie das Labor verlassen. Nachdem nun die grundlegenden Sicherheitsvorkehrungen vorgestellt wurden, wird der Betrieb einiger gängiger elektrischer Geräte im Labor demonstriert.
Ein Funktionsgenerator erzeugt Signale für andere Geräte, die eine Erregung oder eine Antriebsspannung benötigen. Die gebräuchlichsten periodischen Ausgänge sind sinusförmige, dreieckige, Sägezahn- und Rechteckwellen, die in Amplitude, Frequenz und DC-Offset angepasst werden können. Der Ausgang des Funktionsgenerators wird über Kabel mit der Schaltung oder dem Gerät verbunden. In der Regel wird an einem Ende ein BNC-Stecker und am anderen Ende eine Krokodilklemmen für den einfachen Anschluss an einen Stromkreis verwendet. Ein Gleichstromnetzteil liefert eine Spannung oder einen Strom, um andere elektrische Geräte zu betreiben. Die einstellbare Leistung einer typischen Niederspannungs-Laborversorgung liegt zwischen 0 und 36 Volt. Die meisten DC-Netzteile mit einem Ausgang haben drei Anschlüsse: Plus, Minus und Masse. Die Plusklemme wird an den höheren Spannungseingang nachgeschalteter Geräte angeschlossen. Der Minuspol wird mit dem unteren Spannungseingang verbunden. Der Ausgang ist die Spannung bzw. der Strom zwischen den Plus- und Minusklemmen, die galvanisch von der Masse getrennt sind. Der Erdungsanschluss ist eine feste Erdungs-Referenz, die null Volt beträgt.
Andere gängige Stromquellen sind einphasiger Wechselstrom aus einer Standardsteckdose oder dreiphasiger Wechselstrom. Die einphasige Stromversorgung verfügt über eine heiße Leitung und eine neutrale Leitung für die Stromführung und liefert 120 Volt. Die dreiphasige Stromversorgung liefert höhere Spannungen über drei heiße Leitungen, wobei die Wechselspannung auf jeder Leitung in Frequenz und Größe gleich ist und 120 Grad phasenverschoben zueinander steht. Das Ergebnis kann 208, 230 und 480 Volt liefern, bei entsprechend höherer Leistung. Der Umgang mit dreiphasigem Strom erfordert eine besondere Schulung und Sicherheitsvorkehrungen.
Als nächstes wird ein variabler Spartransformator, auch Variac genannt, verwendet, um die Wechselspannung entweder zu erhöhen oder zu senken. Dies ist nützlich bei Anwendungen, die nicht standardmäßige Spannungen erfordern oder bei denen die Spannung variiert werden muss. Ein Drehregler variiert die Ausgangsspannung zwischen null und 100 % des Maximalwerts. Beachten Sie, dass der Variac nicht über eine galvanische Isolierung verfügt, vermeiden Sie es daher, den Ausgang bei irgendeiner Einstellung zu berühren.
Ein Oszilloskop zeigt die Spannungen von zeitlich veränderlichen Signalen an und wird verwendet, um das Verhalten von Schaltkreisen zu untersuchen. Oszilloskope können mehrere Kanäle haben, die jeweils eine einzelne Wellenform anzeigen. Die beiden Haupttypen von Sonden, die mit diesem Instrument verwendet werden, sind die herkömmliche geerdete Sonde und die Differenzsonde.
Hier wird eine reguläre geerdete Sonde an Kanal eins angeschlossen. Die geerdete Sonde ist in der Regel für mehrere hundert Volt ausgelegt und misst die Spannung zwischen der Sondenspitze und ihrem Erdungskabel. Das Erdungskabel ist am Gehäuse des Oszilloskops mit der Erdung verbunden. Es ist wichtig, das Erdungskabel nur an einen Punkt im Stromkreis anzuschließen, der ebenfalls geerdet ist. Das Berühren eines Erdungskabels mit einem anderen Punkt führt zu einem Kurzschluss zur Masse. Verbinden Sie nun den ersten Kanal des Oszilloskops mit dem Ausgang des Funktionsgenerators und schalten Sie ihn dann ein. Stellen Sie die Zeitskala des Oszilloskops mit dem Knopf für Sekunden pro Teilung ein und stellen Sie die Spannungsskala mit dem Drehknopf für Volt pro Teilung ein. Der Triggerpegel ist die Spannung, die ein Signal durchquert, um eine Synchronisation des Oszilloskops zu bewirken. Die richtige Triggerung minimiert das Rauschen im Display. Stellen Sie den Trigger-Knopf ein, um den Trigger-Pegel manuell einzustellen, oder drücken Sie den Pegel auf 50 %, um ihn automatisch einzustellen.
Schließlich ist das Multimeter ein vielseitiges Hand- oder Tischgerät zum Messen von Spannung, Strom, Widerstand und anderen elektrischen Größen. Um die Spannung zu messen, stecken Sie die rote Sonde in den Kontakt mit der Bezeichnung V Ohm und die schwarze Sonde in den Kontakt mit der Bezeichnung COM für gemeinsam. Schalten Sie das Gleichstromnetzteil ein und stellen Sie es auf 20 Volt ein. Messen Sie über die beiden Ausgangsanschlüsse, indem Sie die rote Sonde mit dem Plus-Anschluss und die schwarze Sonde mit dem Minus-Anschluss berühren. Das Multimeter zeigt 20 Volt an.
Viele Experimente erfordern die Messung elektrischer Größen und verwenden einfache Instrumente, um diese Daten zu liefern. Die Untersuchung polarer dielektrischer Flüssigkeitsbrücken erfordert ein hochintensives elektrisches Feld zwischen zwei Bechern mit Flüssigkeit. Die Becher stehen zunächst in Kontakt und werden dann langsam auseinandergezogen, um die Brücke zu bilden. In dieser Anwendung erzeugt ein Hochspannungs-Gleichstromnetzteil 1.500 Volt, was für eine sichere Handhabung große Sorgfalt erfordert. Um Wege zu entwickeln, die Migration neuraler Stammzellen für therapeutische Behandlungen zu kontrollieren, untersuchten die Forscher ihre Bewegung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Eine Versuchskammer nutzte eine Gleichstromversorgung, um das erforderliche geregelte elektrische Feld zu erzeugen. Ein Amperemeter maß den Strom und ein Multimeter die Spannung über die Prüfkammer, mit der die elektrische Feldstärke berechnet wurde.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die elektrische Sicherheit und die grundlegende elektronische Ausrüstung gesehen. Sie sollten jetzt verstehen, wie Sie sicher mit Elektrizität arbeiten und wie Sie einige grundlegende elektrische Prüfgeräte verwenden. Danke fürs Zuschauen!
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Q1: What are the main hazards of electrical current passing through the human body?
Even small currents can cause serious injury or death. Ten milliamps induces muscle contractions and loss of control, while 10 microamps through the heart causes ventricular fibrillation. High voltage and current can cause muscular spasms, burns, and cardiac arrest. Bodily contact with electricity requires immediate medical attention and careful prevention.
Q2: What personal protective equipment and clothing should you wear when working with electrical equipment?
Wear long pants, closed-toe shoes, and appropriate personal protective equipment when handling electrical apparatus. Avoid loose clothing and remove dangling or metal accessories that could accidentally contact electricity. These precautions prevent accidental electrical contact and significantly reduce shock hazards during laboratory experiments and equipment operation.
Q3: What are the differences between single-phase and three-phase AC power in laboratory settings?
Single-phase AC power from wall outlets delivers 120 volts with one hot line and one neutral line. Three-phase power delivers higher voltages—208, 230, or 480 volts—via three hot lines that are 120 degrees out of phase. Three-phase power provides greater power capacity but requires special training and safety precautions for handling.
Q4: How does a DC power supply differ from a function generator in laboratory applications?
A DC power supply provides constant voltage or current to operate equipment, with adjustable output typically ranging 0 to 36 volts. A function generator produces time-varying signals like sinusoidal, triangular, sawtooth, and square waves with adjustable amplitude, frequency, and DC offset. Function generators excite circuits, while DC supplies power them.
Q5: Why is proper grounding of equipment critical for electrical safety?
Proper grounding ensures the equipment chassis is at earth-ground potential, which prevents electrical shock. When using an oscilloscope grounded probe, connect the ground lead only to points in the circuit that are also grounded. Touching the ground lead to any other point causes a short-circuit to ground and creates a hazard.
Q6: What precautions should you take before modifying an electrical circuit setup?
Before changing a setup, turn off or unplug all power sources used in the experiment. Assume any exposed metal carries live electricity unless verified otherwise. For experiments with accessible DC power greater than 50 volts, ensure at least two trained people are present to respond to emergencies.
Q7: How do you properly measure voltage using a multimeter in a DC circuit?
Insert the red probe into the V Ohms contact and the black probe into the COM contact. Touch the red probe to the positive terminal and the black probe to the negative terminal of the power supply. The multimeter displays the voltage between these terminals, providing accurate measurement of electrical potential difference in circuits.
Chapters in this video
0:06
Overview
1:18
Safety Principles
3:14
Basic Electrical Equipment
8:14
Applications
9:16
Summary