Dzień 2 - tworzenie prostych urządzeń internetu rzeczy (IoT) z wykorzystaniem AI

Czym jest prąd? Jakie są prądy np. wodne, elektryczne, powietrzne, morskie. Formy energii, przesył energii. Część wspólna - przepływ i ruch

Czym jest prąd elektryczny? Jest to ruch elektronów, które mają konkretny ładunek. Prąd jest leniwy, idzie po najmniejszej linii oporu.

Po co nam prąd elektryczny?

Przewodniki - (prąd nimi łatwo podróżuje, są jeszcze nadprzewodniki) materiały posiadające niewielki opór właściwy, takie jak żelazo, aluminium, miedź, cynk, srebro, cyna i wiele innych - one przewodzą prąd. Metalem, który najlepiej przewodzi prąd, jest srebro. Złoto dość szybko się utlenia, wykorzystywane w produkcji elektroniki, jest napylane na płytki. Metale wydobywa się coraz ciężej, łatwo dostępne złoża są już zużyte. Do produkcji kart graficznych potrzebne jest złoto, w dobie AI jest to coraz większy problem.

Izolatory - materiały, które nie przewodzą prądu elektrycznego, co wynika z ich niskiej zawartości nośników ładunku. Przykłady izolatorów to guma, styropian, suche drewno, suche powietrze.

Przewód elektryczny - przewodnik i izolator. Izoluje świat zewnętrzy od świata przewodników. Kabel - przewód do którego nie mamy bezpośrednio dostępu np. w ścianie, w ziemii. Przewody wszystko to co jest na wierzchu.

Przewód jednożyłowy - jedna autostrada. Mogą być dwu/trzy żyłowe - trzy niezależne autostrady, oddzielone od siebie. Każda z żył w osobnej izolacji i cały przewód jest zaizolowany.

Jak powstaje prąd? Jeżeli obracamy elementami urządzenia generujemy prąd, można spalić elektronikę, np. para napędza turbiny, które generują prąd. Turbina podłączona do silnika zaczyna generować prąd (ruch obrotowy). Ogniwa fotowoltaiczne generują prąd przez reakcje chemiczne.

Elektrownia - Linia wysokiego napięcia - Stacja transformatorowa, Licznik (zlicza ile generujemy i ile oddajemy energii), Rozdzielnia elektryczna, Bezpieczniki (automatyczne "SKI" wielorazowego użytku, topikowe jednorazowego użytku), Odbiorniki

3 światowe standardy - 230V, 110V w USA, 100V w Japonii (ma swoją własną sieć odizolowaną, wszystko biorą z zewnątrz jako cesarstwo tak jak Rzym). Jak coś importujesz, to inne kraje chcą, żebyś coś sprzedawał, dlatego wyszła technologia z Japonii. Rynek energetyczny - każdy kraj co ma naddatek energii, to go sprzedaje. Energia staje się jedną z najcenniejszych walut. Firmy budują swoje własne systemy energetyczne, na potrzeby AI.

Rodzaje prądu:

Prądy stały

Prąd przemienny - raz napięcie jest na jednym przewodzie, a raz na drugim. Częstotliwość 50/60Hz w takiej się pojawia w gniazdku. Częstotliwość klatki nie odpowiada częstotliwości w sieci. Kątem oka widzi więcej, np. że lampa mruga (przy jarzeniowych, przy ledowych to nie występuje). Stolarnia - nie widział, że maszyna pracuje. Przemienność prądu, częstotliwość pracy prądu. 60 razy na sekundę zmienia się stan na przewodach przy częstotliwości 60 Hz.

Zasilacz - transformator, zamienia prąd przemienny z gniazdka na prąd stały jaki jest w elektronice

Ładowarka a zasilacz

Zasilacz - zasila maszyne podczas jej pracy, ale nie ładuje

Ładowarka - ładuje i zasila np. ładuje baterię

Jak opisać prąd?

Tak samo opisać jak samochody na autostradzie.

Jednostka w której wyraża się prąd:

Napięcie - potencjał energetyczny, jaki drzemie w prądzie. Jednostka - Volt. Symbol - V. Potencjał energetyczny jak w rozpędzonym aucie.

Natężenie - ilość pasów, ile samochód przejedzie z punkty A do B. Przepustowość prądu. Jednostka - Amper. Symbol - A.

Większe natężenie i napięcie nie zawsze oznacza więcej prądu, tak jak w sterowaniu kranem (wielkość rur, stopień otwarcia kranu)

Przykład:

• mały otwór, duże ciśnienie - powietrze wylatuje z większą prędkością

Moc - moc elektryczna jest to praca, jaką wykonuje energia elektryczna w jednostce czasu. Jednostka - Watt. Symbol - W. Im moc urządzenia jest większa, tym szybciej wykona pracę.

Spróbować te rzeczy powyżej jakoś sobie zwizualizować (przykłady)

W = V*A

Zadanie:

Czajnik elektryczny pobiera moc 1000 W, 230V A=8,7A

Zasilacz - wchodzi prąd, wychodzi inny prąd

Input - zakres prądu na wejściu 100-240V ok 2,5A -> 250W

Output - napięcie 20V, natężenie 6,75A -> 135,0W

Znaki na zasilaczach, wymagania na różnych rynkach (wszystkie testy i homologacje). Ocertyfikowanie zasilacza to setki tysięcy złotych

kWh - kilowatogodziny k-1000 W-wat h-na godzinę. 1 kilowat energii elektrycznej pobierze dane urządzenie przez godzinę

Jaka jest stawka kWh? 1,09zł, 0,90zł. Polska ma jedną z najdroższych stawek. Ile nasze urządzenie pobierze prądu przez godzinę.

Indukcja - 1 palnik 30kWh

Lodówka - 0,05 kWh

Energy star - jak dobrze urządzenia zarządza prądem

Urządzenia pobiera więcej prądu, ile nas to będzie kosztować? Dostarczając mniej energii w czasie, można nigdy nie zagotować wody.

Rezystancja - wielkość charakteryzująca relację między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. Jednostka - Ohm. Symbol - om. Jak próg zwalniający w motoryzacji, albo przewężenie na drodze. Izolatory mają bardzo dużą rezystancję właściwą, jak betonowa ściana na autostradzie, nikt tam nie pojedzie. Można sterować rezystancją (mniejszy/większy próg zwalniający)

Idealna środowisko dla prądu to nadprzewodniki, może lecieć z maksymalną prędkością.

Im niższe napięcie tym opór bardziej na niego działa. Z odległością napięcie nam spada (przewodniki, prąd musi wykonać pracę). Przy przepływie prądu pojawia się ciepło. Przy liniach wysokiego napięcia wykorzystuje wysokie napięcie.

Wbudowana jest przetwornica przy portach usb montowanych w stołach. Przewód rozciągnięty oddaje ciepło np w ścianie, w powietrzu.

Suszarka, piekarnik, grzejniki elektryczne - prąd płynący przez materiał będzie się nagrzewał.

Pojawiają się prądy wirowe (na zasadzie indukcji), prąd przenika między przewodnikami w bębnowym.

Ilość prądu, ile amperów może płynąć przez urządzenie (można dobierać większe bezpieczniki, jeżeli się palą)

Jakiego przekroju powinien być przewód? Są gotowe tabelki.

Bezpieczniki np EATON nie ma drucików, są blaszki, które się odginają pod wpływem temperatury, odgina się za bardzo i uderza.

Zadanie domowe:

Podejść do rozdzielni i zobaczyć tam siedzi? B10, B20. Iloma amperami możemy obciążyć bezpiecznik np B10 - 10A.

W=V*A 3,6kW

Jeden bezpiecznik może zasilać kilka gniazdek jednocześnie. Suma prądu na tych wszystkich urządzeniach nie może być większa niż to co przepuści bezpiecznik.

Oświetlenie zabezpieczać niezależnie od gniazdek. Bezpiecznik główny 32A. Bezpiecznik różnicowo-prądowe.

Prąd rozruchowy - stosuje się bezpieczniki o niższych klasach. B - czas działania bezpiecznika, czas ekspozycji

Elektrostatyka - wysokie napięcie o minimalnym natężeniu.

Uziemianie instalacji.

Miernik - multimetr - wiele rzeczy mierzy

Breadboard - płytka prototypowa/stykowa Testing Op-Amp Circuits on Breadboard

Zadanie domowe:

Ile kosztuje naładowanie naszego smartfona w stawce za 1 kWh

Wyższe napięcie niż zadeklarowane przez producenta, ponieważ są mierzone pod obciążniem

12V akumulator samochodowy ma 13/14V

LED oznacza Light Emitting Diode (dioda elektroluminescencyjna) 

Są różne rodzaje diód led