swiatlo-cien-i-kolor

Światło, cień i kolor

Już w renesansie artyści odkryli, że można oszukać ludzki umysł, odpowiednio manipulując światłem i cieniem w obrazach. Myśląc o kolorach nie zdajemy sobie sprawy, że to jak je odbieramy zależy nie tylko od materiały, ale także od warunków świetlnych.

Żeby móc rozmawiać o kolorze, musimy zdać sobie sprawę z tego czym kolor jest. Każdy materiał posiada odmienne właściwości, dzięki czemu wydaje się nam innego koloru, ale dlaczego tak jest? Kluczem do rozwiązania tej zagadki jest sama natura światła. Jeśli dobrze sobie przypomnimy lekcje fizyki, będziemy pamiętać, że światło składa się z wielu składowych kolorów, które razem dają białe światło. Stad wniosek, że np. biała ściana odbija prawie całe spektrum światła, a ściana czarna pochłania jego większość. Co z innymi kolorami? Nie przypadkiem odbieramy kolor czerwony jako ciepły, a niebieski jako zimny. Jest to związane z temperaturą barwową, jest to temperatura w której ciało doskonale czarne emituje promieniowanie o takiej samej długości fal jak nasz rozpatrywany kolor. Ci, którzy nie boją się fizyki już wiedzą, że kolor to światło, a światło to energia. Jesteśmy nieustannie otoczeniu rojem fotonów odbijających się szaleńczo od wszystkich możliwych powierzchni, tworząc złudzenie koloru a także refleksy i cienie.

Poznaliśmy naturę światła i nauczyliśmy się je wytwarzać na wiele sposobów. Czy jest to tylko ciekawostka? Jak światło wpływa na nasze życie?

Wystarczy nadmienić, że koloroterapia to nie taka do końca hochsztaplerka i przynosi wymierne rezultaty. Możemy wykorzystać moc kolorów i światła, żeby nasze życie było bardziej kolorowe. Obecnie technika poznawa na zastosowanie diód LED, które mogą świecić ze zmienną, sterowaną chromatycznością i natężeniem. Dodajmy do tego światłowody i materiały odpowiednio „pracujące” ze światłem, a mamy ogromną paletę barw i kształtów.

Aby nie być gołosłownym podlinkuję katalog z takim oświetleniem światłowodowym. Zobaczcie jak ciekawie można wykorzystać zdobycze technologi.

prawydol

Rozwój elektroniki w historii

lewagoraprawagoraMając przed oczami całościowy obraz elektroniki, widać wyraźnie jak długą drogę przebyła do miejsca, w którym znajduje się teraz. Początkowo, jak to zwykle w historii bywa, odkrycia bywały dziełem przypadku wśród osób kompletnie niezwiązanych z tematem i bez specjalnej wiedzy na ten temat. W kolejnych latach, w miarę rozwoju nad nowościami elektronicznymi pracowały całe sztaby naukowców, wykorzystywany był coraz to nowszy sprzęt, a koszty odkryć rosły w zawrotnym tempie. Historię elektroniki ukształtowały też niechcący dwa wielkie wydarzenia w historii XX wieku, czyli I i II Wojna Światowa oraz Zimna Wojna (rywalizacja między ZSRR i Zachodem), również pod względem technologicznym. Do rozwoju tej dziedziny nauki przyczynił się też boom gospodarczy w Japonii i otwarcie rynków azjatyckich na świat.

Cofnijmy się jednak do XIX wieku, do początków. Wtedy największymi odkryciami będącymi podstawą elektroniki, okazały się prawa matematyczne odnoszące się do zależności elektrycznych i magnetycznych, w tym prawo Faradaya, Ohma, Maxwella i Kirchoffa. Prawa te rozjaśniły wiele niewytłumaczonych do tej pory zjawisk w sposób naukowy. Prace znakomitych matematyków, takich jak m.in. Boole również okazały się dla rozwoju dyscypliny elektroniki ważne. Arytmetyka Boola znalazła zastosowanie w komputerach, których działanie oparte jest właśnie o wzory Boola.

lewydolprawydolRozwój elektroniki determinowały dwa czynniki: ekonomiczny i militarny – postęp w militariach doprowadził do stworzenia radarów, mechanizmu dziś wykorzystywanego również na co dzień, na przykład na polskich drogach, a także elektroniki odpowiedzialnej za sterowanie okrętem czy samolotem. Wynalazki dwóch ostatnich wieków dowiodły, że elektronika jest workiem bez dna, jeśli chodzi o rozwój i idące za nim zyski dla inwestorów, nie mówiąc już o zwrocie kosztów badań nad nową technologią elektroniczną. Elektronika to dziedzina której zdobycze wykorzystujemy w naszym codziennym życiu, zwłaszcza radia, telewizory i inny sprzęt RTV, ale i nie tylko, bo również sprzęt medyczny podtrzymujący i ratujący życie, zegarki, telefony komórkowe i wiele, wiele innych zautomatyzowanych urządzeń.

dioda-jeden-z-cudow-elektroniki1

Dioda – jeden z cudów elektroniki

Niby wszyscy doskonale wiedzą, czym jest dioda, kojarząc ją z jakimś światełkiem – mówimy wtedy, że gdzieś świeci się dioda. Tymczasem jednak dioda to coś więcej, coś nieco bardziej skomplikowanego. Dioda rozumiana przez elektronika jest dwuelektrodowym elementem elektronicznym. Funkcjonuje ona jako przewodnik prądu elektrycznego, przy czym przewodnictwo odbywa się w sposób niesymetryczny, tzn w jednym kierunku, a nie w przeciwnych.
Pierwszymi diodami były diody próżniowe i detektory kryształkowe. Obecnie najpopularniejszymi rodzajami diod są diody półprzewodnikowe, wykonane z dwóch warstw domieszkowanego półprzewodnika, wykonanego w odmienny sposób.

Działanie diody polega na przewodzeniu prądu w jednym kierunku. Dioda jest też barierą dla przepływu prądu w drugim. Dlatego właśnie diody wykorzystuje się przy demodulacji sygnałów w odbiornikach radiowych („strojeniu” radia) oraz przy prostowaniu napięcia przemiennego.

dioda-jeden-z-cudow-elektroniki3

Dzięki właściwemu doborowi parametrów i materiałów można zmienić charakterystykę diody. Dzięki temu, oprócz bycia prostym zaworem elektrycznym (pewnego rodzaju „tamą” dla prądu), może też zyskać inne funkcje. Jako przykład można podać diody Zenera (stosowane przy stabilizowaniu napięcia), diody tunelowe (stosowane przy generatorach mikrofalowych), pojemnościowe (w obwodach strojenia), pojemnościowa (o pojemności uzależnionej od przykładanego napięcia), czy też fotodioda (reagująca na światło – widzialne, podczerwień lub ultrafiolet).

dioda-jeden-z-cudow-elektroniki2

Mamy też diody elektroluminescencyjne – LEDowe (odpowiedzialne za to światło, które mamy na myśli, myśląc o diodach). Od czasu ich wynalezienia minęło 51 lat (zostały odkryte w 1961 roku), a ich zastosowanie od tamtego czasu zmieniło się. Dziś można je spotkać na każdym kroku – w telewizorach i innych ekranach, jako źródło oświetlenia w różnych miejscach – zarówno w domach jak i w przestrzeni publicznej, w tym na przykład w szprychach rowerów. Oślepiające efekty świetlne podczas jazdy zachwycą z pewnością nie tylko innych rowerzystów, ale i innych przechodniów.

elektron-przelom-w-elektronice

Elektron – przełom w elektronice

Odkrycie elektronu zapoczątkowało w historii elektroniki nową erę. Badania prowadzone przez Thomsona zmieniły naukę o małych cząstkach na zawsze. Thomson udowodnił w nich, że istnieją cząstki mniejsze niż atom, o ujemnym ładunku i bardzo małej masie. To z pozoru małe odkrycie wyjaśniło wiele tajemniczych zjawisk w fizyce. Elektron powoli zyskiwał na znaczeniu – od lat 20 XX wieku przez kolejne 20 lat (do II Wojny Światowej) zajmował istotne miejsce w panteonie odkryć elektronicznych. Dzięki triodzie (urządzeniu, które wzmacnia słabe sygnały radiowe lub akustyczne) powstał pierwszy wynalazek – pierwsze medium elektroniczne produkowane na skalę masową – radio. Jego cena była tak niska, że nawet gorzej sytuowane rodziny mogły pozwolić sobie na odbiornik. W 1930 roku w amerykańskich gospodarstwach domowych było ich już 15 milionów.

Innym przełomowym wynalazkiem powstałym na bazie elektronów był o wiele bardziej zaawansowany technologicznie telewizor. Z uwagi na stopień skomplikowania w wykonaniu był on jednak droższy w produkcji niż standardowe radio, a jakość odbioru była słaba.

Paradoksalnie dzięki drugiej wojnie światowej zawdzięczamy kolejny boom w rozwoju elektroniki, w przemyśle wojskowym, ale technologię zaczęto przemycać również do codziennego życia reszty obywateli – samolotów, samochodów, radarów… Radary wojskowe oraz szyfrowane wiadomości i telefony miały bardzo duży wpływ na przebieg wojny – i to na wszystkich frontach. Stany Zjednoczone i ich technologie zaczęły dominować nad resztą świata. Długo pozostające poza działaniami wojennymi, prowadziły jednocześnie badania w zakresie systemów łączności i radiolokacji. Na dominację Stanów Zjednoczonych miała również emigracja wielu europejskich zdolnych badaczy z Europy nad którą widniało widmo faszyzmu.

Praktycznie zawsze dramatyczne wydarzenia ciągną za sobą również niespodziewanie pozytywne skutki. Wojna więc, poza tym, że pochłonęła wiele niewinnych istnień, stała się bardzo ważnym okresem w dziedzinie rozwoju tej dyscypliny nauki.

light-bulbs-1125016_1280

Czym jest kogeneracja a czym trigeneracja?

Procesy kogeneracji i trigeneracji są w szczególny sposób promowane przez instytucje i dyrektywy Unii Europejskiej, które przyszłość energetyki upatrują właśnie w nowoczesnych technologiach odzyskiwania ciepła. Przetwarzanie energii cieplnej w celu pozyskania prądu i chłody to niezwykle praktyczne, oszczędne, bezpieczne i korzystne rozwiązanie dla energetyki na całym świecie. Układy skojarzone bazujące na procesach trigeneracji i kogeneracji wykorzystują ciepło, które powstaje jako efekt uboczny pracy urządzeń, elektrowni, instalacji klimatyzacyjnej.

Gdyby nie stosowano takich układów, nadmiar ciepła byłyby bezpowrotnie emitowany do atmosfery. Nie tylko tracilibyśmy ciepło, które można ekonomicznie wykorzystać, ale również przyczynialibyśmy się do pogłębiania się procesu cieplarnianego, który zagraża naszej planecie. Dlatego tez Unia Europejska wspiera wykorzystanie ciepła odpadowego przez elektrownie, budynki użyteczności publicznej, szpitale, baseny, szkoły, a nawet budynki mieszkalne. W tym celu buduje się specjalne układy skojarzone urządzeń, dzięki którym odbywa się proces pozyskiwania nadmiaru odpadowego ciepła i jego przetwarzania w energię elektryczną oraz chłód.

Kogeneracja jest to właśnie proces, który polega na jednoczesnej produkcji ciepła oraz energii elektrycznej. Dzięki integracji tych procesów, można zapewnić sobie dostęp do darmowej energii elektrycznej, czy ogrzewanie dla całej miejscowej sieci grzewczej. Natomiast trigeneracja jest to proces odwrotny, jednak związany również z wykorzystaniem ciepła. Polega on na wytwarzaniu chłodu z ciepła i gazów odpadowych, który następnie jest dostarczany do systemów klimatyzacyjnych. Takie zintegrowane układy znajdują coraz szersze zastosowanie, głownie ze względu na ekonomiczność ich stosowanie, zabezpieczenie procesów energetycznych oraz kwestię ekologii. Wsparcie lokalnych rządów oraz instytucji takich jak Unia Europejska jest również bardzo ważne, dzięki czemu trigeneracja i kogeneracja wspaniale się rozwijają.

http://www.zechik.pl/zechik-urzadzenia

tranzystor-zwiastun-rewolucji-elektronicznej

Tranzystor – zwiastun rewolucji elektronicznej

Wynalezienie tranzystora było krokiem milowym w dziejach elektroniki w XX wieku. Odkrycie tranzystora doprowadziło do miniaturyzacji przyrządów i urządzeń elektronicznych. Dzięki niemu też zmniejszył się pobór mocy w urządzeniach – zastąpił on duże, zawodne i energochłonne lampy elektronowe.

Tranzystor to inaczej trójelektrodowy półprzewodnikowy element eletroniczny, który wzmacnia sygnał elektryczny. Jest on kluczowym elementem w konstrukcji wielu układów elektronicznych, takich jak: źródła i lustra prądowe, przesuwniki napięcia, stabilizatory, generatory, klucze elektroniczne, przerzutniki i wiele innych.
Pierwszy unipolowy tranzystor ostrzowy (o małych zastosowaniach praktycznych) zbudowali w 1948 roku J. Bardeen i W.H. Brattain. Tranzystor unipolowy to taki, w którym prąd przepływa przez półprzewodnik o jednym typie przewodnictwa. Prąd wyjściowy jest w nich funkcją napięcia sterującego. Mamy też tranzystory bipolowe. Prąd płynie w nich przez złącza półprzewodnika o różnych rodzajach przewodnictwa.

Działanie najpopularniejszego tranzystora – bipolarnego – polega na tym, że prąd wypływający z emitera do kolektora jest kierowany przez prąd bazy. Rolę emitera pełni tzw. źródło, a kolektora tzw. dren. Prąd płynący ze źródła do drenu sterowany jest przez efekt tunelowy, który reguluje szerokość bariery potencjału, oddzielającej dren od źródła.

electric-948208_1280

Tajniki impedancji

W warunkach prądu zmiennego odpowiednikiem rezystancji (oporu elektrycznego – relacji między napięciem a natężeniem) jest impedancja. Mówiąc o prądzie zmiennym mamy na myśli tutaj taki, który przepływa na co dzień w naszych gniazdkach i dla którego wartość natężenia w dowolny sposób zmienia się w czasie.

Impedancja jest wielkością zespoloną (zalgrebralizowaną). Umożliwia to uproszczoną analizę obwodów elektrycznych prądu zmiennego. Impedancja dzieli się na dwie części. Część rzeczywista impedancji opisuje opór mierzony, gdy prąd płynie w fazie zgodnej z przyłożonym napięciem, część urojona – gdy płynąc, wyprzedza przyłożone napięcie lub jest opóźniony względem niego. Podsumowując oba wyniki, można dojść do średniej wartości, wyrażanej, tak jak w przypadku rezystancji – w omach.

Pojęcie impedancji jest szeroko stosowane w fizyce. Ma ono duże znaczenie przy spektroskopii impedacyjnej (analizie właściwości elektrycznych materiałów). W eletronice i elektrotechnice ma ona zastosowanie przy analizie obwodów rezonansowych (obwodów prądu przemiennego).

ohm-153294_1280

Elektryczny opór – rezystancja

Rezystancja to inaczej opór (elektryczny lub czynny). Jest on wartością charakteryzującą relację między napięciem a natężeniem prądu stałego. Wyobraźmy sobie sytuację, że puszczamy po ślizgawce kule wypełnione wodą. Napięcie oznacza tutaj wielkość kul, a natężenie – jak bardzo są one napełnione wodą.
Historia tego pojęcia zaczyna się w XIX wieku, kiedy Georg Simon Ohm przebadał zależność prądu płynącego przez przewodniki od przyłożonego napięcia oraz ich wymiarów. Odkrył przy badaniu zależność między jednym a drugim – że prąd płynący przez przewodnik (symbol I) i napięcie (U) są wprost proporcjonalne, że jedno zależy od drugiego. Od tamtego czasu proporcjonalność tą nazywamy prawem Ohma, a jej współczynnik rezystancją (R). Jednostką rezystancji jest tutaj om, którego symbolem jest Ω.
Rezystancję definiujemy łatwym do zapamiętania wzorem:

U=R*I

Od prawa Ohma są jednak wyjątki – zachodzą one wtedy, gdy proporcjonalność nie jest zachowana – współczynnik R nie jest stały. Ponadto wiele materiałów zachowuje się inaczej, co też ma wpływ na zaburzenie tej proporcjonalności.

1

Tranzystor unipolarny – badanie na podstawie symulacji

Cel badania:

Niniejsze badanie miało na celu zapoznać nas z podstawowymi układami i parametrami kluczy elektronicznych, zrealizowanych w oparciu o tranzystor unipolarny N-MOS z kanałem wzbogacanym. W pierwszej kolejności poznawaliśmy podstawowe charakterystyki napięciowo-prądowe tranzystora, pozwalające wyjaśnić, dlaczego wyżej wymienione elementy mogą spełniać funkcję klucza (zwarcie-rozwarcie). Następnym krokiem było zaznajomienie się z wybranymi układami kluczy oraz pomiar ich podstawowych parametrów.

Używane oznaczenia:

ID – prąd drenu
UDS – napięcie dren-źródło
UGS – napięcie bramka-źródło
UGS(th) – napięcie progowe bramka-źródło
RDS(on) – rezystancja kanału włączonego tranzystora MOS
ton – czas włączania tranzystora
toff – czas wyłączania tranzystora

Charakterystyka wyjściowa

W tym badaniu mieliśmy wyznaczyć charakterystykę wyjściową w konfiguracji wspólnego źródła. W tym celu badaliśmy układ przedstawiony poniżej dla napiec bramka-źródło o wartości od 0V do 6V, z krokiem 0.4V.

Schemat układu

1

Na oscyloskopie XSC1 wygenerowana została charakterystyka wyjsciowa tranzystora. Na wykresie na osi X znajduja sie wartosci UDS , a na osi Y wartosci ID . Widoczne sa wykresy dla górnych wartosci UGS (od 6,0V co 0,4V „w dół”). Od ok. 3,6V UGS jest mniejsze od napiecia progowego otwierania – stad prad drenu jest równy 0A.

2

Charakterystyka przejściowa

W drugim ćwiczeniu naszym celem było wyznaczenie charakterystyki przejściowej. W tym celu badaliśmy układ przedstawiony poniżej dla napięć dren-źródło o wartościach od 0V do 7.5V oraz napięć bramka-źródło o wartościach od 0V do 6V.

3

Na oscyloskopie XSC1 wygenerowana została charakterystyka przejsciowa. Na wykresie na osi X znajduja sie wartosci napiecia bramka-zródło UGS, a na osi Y wartosci pradu drenu ID .

4

Następnie z wykresu odczytaliśmy wartość napięcia progowego równą UGS(th) = 3,6. Potwierdziła się obserwacja z pierwszego ćwiczenia, że dla napięć UGS mniejszych od ok. 3.6V prąd drenu jest równy 0.