Vorbereitung auf den ASVAB-Test der Elektronikinformationen
Allgemeine Informationen
Der Abschnitt Elektronikinformationen des ASVAB-Tests umfasst verschiedene Themen, die von Fragen zu Drähten und Messgeräten bis hin zu Fragen zu grundlegenden elektrischen Funktionen reichen. Um sich auf diesen Teil des Tests vorzubereiten, sollten Sie sich mit grundlegenden elektronischen Informationen befassen, z. B. mit der Funktionsweise von Drähten, der Funktion verschiedener elektrischer Ströme und Leiter sowie dem Ohmschen Gesetz. Weitere Informationen zu jedem dieser Bereiche finden Sie weiter unten.
Ein großer Teil des ASVAB enthält Fragen zum Wortschatz, mit denen die Fähigkeit der Schüler geprüft wird, einfache elektrische Vokabeln zu erkennen. Konzentrieren Sie sich beim Lernen der ASVAB-Konzepte auf die grundlegenden Definitionen elektrischer Wörter und Konzepte, einschließlich der oben erwähnten Konzepte und gerätespezifischer Wörter wie Spannung und Frequenz. Wenn Sie für den Wortschatzteil lernen, konzentrieren Sie sich auf die grundlegenden Definitionen der Konzepte, um zu erkennen, was ein bestimmtes Wort oder ein bestimmter Satz bedeutet.
Elektronenfluss-Theorie
Die Elektronenfluss-Theorie beschreibt das Verhalten von Elektronen bei der Bewegung durch einen Leiter. Negativ geladene Elektronen fließen in einem Stromkreis vom negativen Pol (oder Anode) zum positiven Pol (oder Kathode). Elektronen fließen auf diese Weise als Reaktion auf die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen geladenen Teilchen.
Atome, Protonen, Neutronen, Elektronen und Valenzschale
Alle Materie besteht aus kleineren Teilchen, die Atome genannt werden. Atome haben unterschiedliche Eigenschaften, je nach Zusammensetzung des Atoms. Sie bestehen aus kleineren Teilchen, die Protonen, Elektronen und Neutronen genannt werden. Ein einzelnes Proton ist das Element Wasserstoff. Kommt ein weiteres Proton hinzu, entsteht ein neues Element, das Helium genannt wird. Wenn sich stattdessen eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Kern (Protonen und Neutronen in einem Atom) befindet, spricht man von einem Isotop.
Die drei Teilchen im Inneren des Kerns unterscheiden sich auf interessante Weise: Protonen und Elektronen sind entgegengesetzt geladen, Neutronen besitzen keine Ladung; Protonen und Neutronen sind ähnlich groß und machen den größten Teil der Atomdichte aus.
Elektronen sind viel kleiner als Protonen und Neutronen und befinden sich in Energieorbitalen um den Kern. Diese Energieorbitale umgeben den Kern in Abhängigkeit von der Anzahl der Elektronen und ihrer Entfernung vom Atomkern. Die Elektronen, die am weitesten vom Kern entfernt sind, sind die reaktionsfreudigsten.
Leiter, Halbleiter und Isolator
Die Leitfähigkeit misst die Leichtigkeit, mit der Elektronen durch ein Material fließen können. Metalle sind gute Leiter, weil Elektronen leicht und ohne großen Widerstand durch sie fließen. Materialien, die eine sehr geringe Leitfähigkeit aufweisen, nennt man Isolatoren. Isolatoren haben einen hohen spezifischen Widerstand.
Halbleiter haben Leitfähigkeiten, die zwischen denen von Leitern und Isolatoren liegen. Im Gegensatz zu Leitern, deren Widerstand bei Erwärmung zunimmt, steigt die Leitfähigkeit von Halbleitern bei Erwärmung an.
Strom
Strom ist die Geschwindigkeit, mit der Ladungen durch einen Teil des Leiters in einem Stromkreis fließen. Er wird in Coulomb pro Sekunde oder in Ampere gemessen. Strom, Spannung und Widerstand sind durch das Ohmsche Gesetz miteinander verbunden:
\
wobei I der Strom, V die Spannung und R der Widerstand ist.
Spannung
Spannung ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei geladenen Punkten in einem elektrischen Feld. Da es sich um eine Potentialdifferenz handelt, ist die Spannung nur sinnvoll, wenn man einen Punkt im Verhältnis zu einem anderen betrachtet. Sie wird in Volt gemessen.
Spannung wird auch als elektromotorische Kraft bezeichnet, da sie die Kraft ist, die den Strom durch einen Stromkreis treibt. Sie kann mit einem Druckunterschied verglichen werden, da an einem Punkt eine höhere Ladungskonzentration herrscht als an einem anderen. Dieser Unterschied in der Ladungskonzentration führt zu einer Spannung.
Widerstand
Widerstand ist eine inhärente Eigenschaft von Materialien, die den Durchgang von Strom durch einen Leiter behindert. Widerstand und Leitwert stehen in umgekehrter Beziehung zueinander; ein sehr leitfähiges Material hat einen geringen Widerstand, und ein sehr widerstandsfähiges Material hat einen geringen Leitwert. Der Widerstand wird in Ohm gemessen.
Materialien unterscheiden sich im Widerstand aufgrund der Leichtigkeit (oder Schwierigkeit), mit der Elektronen im Atom des Materials verschoben werden können. Der Widerstand hängt auch mit der Querschnittsfläche und der Länge des verwendeten Materials zusammen; je größer die Fläche, desto geringer der Widerstand, und je länger der Leiter, desto größer der Widerstand.
Quantitativ kann der Widerstand wie folgt dargestellt werden:
\(R = ⍴ \cdot \frac{L}{A}\), wobei ⍴ den spezifischen Widerstand des leitenden Materials darstellt, L die Länge und A die Querschnittsfläche ist.
Schaltkreise
Eine Spannungsquelle, wie z. B. eine Batterie, mit leitenden Materialien, wie z. B. isolierten Drähten, die an den beiden Polen angebracht sind und diese verbinden, bildet einen Schaltkreis. Dieser Stromkreis würde natürlich nichts anderes tun, als die leitenden Drähte zu erwärmen.
Wenn man eine Last, wie einen Widerstand oder eine Glühbirne, an die Drähte anschließt, kann der Strom Arbeit verrichten. Diese Lasten können in Reihe, parallel oder seriell-parallel an den Stromkreis angeschlossen werden.
Geschlossene und offene Stromkreise
Ein geschlossener Stromkreis ist ein Stromkreis, in dem alle Komponenten des Stromkreises über leitende Drähte miteinander und mit einer Spannungsquelle verbunden sind. Wenn eine dieser Verbindungen unterbrochen ist, wird der Stromkreis als offen bezeichnet und funktioniert nicht richtig. Ein geschlossener Stromkreis kann funktionieren, ein offener Stromkreis nicht.
Last
Eine Last ist eine Komponente, die einem Stromkreis Strom entzieht. Glühbirnen, Kühlschränke und Computer fungieren alle als Last, wenn sie Teil eines geschlossenen Stromkreises sind. Lasten entziehen einem Stromkreis nur Energie, sie erzeugen keine Energie.
Serienschaltung
In einer Serienschaltung sind alle Komponenten des Stromkreises hintereinander geschaltet. Der Strom, der durch eine Reihenschaltung fließt, durchläuft jedes Bauteil in Reihe. Es gibt nur einen einzigen Weg, den der Strom durch den Stromkreis nimmt.
Die Gesamtspannung und der Gesamtwiderstand in einer Reihenschaltung sind die Summe der Spannungsabfälle an den einzelnen Bauteilen bzw. die Summe der Widerstände im Stromkreis. Die Summe der einzelnen Widerstände in der Schaltung wird als Ersatzwiderstand oder \(R_eq\) bezeichnet, und da es nur einen Strom in der Schaltung gibt, ist es der \(R_eq\), der in den Berechnungen des Ohm’schen Gesetzes für Reihenschaltungen verwendet wird.
Bei Reihenschaltungen fließt derselbe Strom durch jede Komponente in der Schaltung.
Parallelschaltung
Eine Parallelschaltung enthält mehr als einen Pfad, durch den Strom fließt. In Fällen, in denen sich verschiedene Komponenten entlang dieser getrennten Pfade befinden, variiert die Stärke des Stroms. Der Spannungsabfall über jedem Zweig ist jedoch gleich.
Der Ersatzwiderstand in einer Parallelschaltung ist gleich:
\
wobei \(R_eq\) der Ersatzwiderstand ist, \(R_1\) der erste Widerstand, \(R_2\) der zweite Widerstand, usw.
Im Gegensatz zu einer Reihenschaltung fließt in einer Parallelschaltung, wenn ein Zweig vom Stromkreis getrennt wird, der Strom weiterhin durch die verbleibenden Zweige.
Elektrische Leistung
Die elektrische Leistung ist ein quantitatives Maß für die Arbeit, die von einem Stromkreis pro Zeiteinheit geleistet werden kann. Die Formeln, die zur Berechnung der erzeugten oder abgeleiteten elektrischen Leistung verwendet werden können, lauten:
\\
wobei P die Leistung, V die Spannung, R der Widerstand und I der Strom ist.
In einem Stromkreis wird die Leistung durch eine Spannungsquelle erzeugt und durch Lasten abgeleitet.
Elektrische Maßeinheiten:
Ohm – misst den Widerstand. Ohm = Volt pro Ampere
Amperes-messen den Strom. Ampere = Coulomb pro Sekunde
Volt – misst die Spannung. Volt = (Newton x Meter) pro Coulomb
Watt- misst die Leistung. Watt = Joule pro Sekunde
Metrische Präfixe-nano- ist \(1 \cdot 10^{-9}\), micro- ist \(1 \cdot 10^{-6}\), milli- ist \(1 \cdot 10^{-3}\), centi- ist \(1 \cdot 10^{-2}\), kilo- ist \(1 \cdot 10^3\) und mega- ist \(1 \cdot 10^6\), und giga- ist \(1 \cdot 10^9\)