EGZAMIN NAUKI TECHNICZNE PDF

1\. Podzielić substancje ze względu na ich własności elektryczne -- podać kryteria podziału - Przewodniki: - Mają swobodne elektrony. - Przykłady: miedź, aluminium, srebro. - Izolatory: - Brak swobodnych elektronów, opór bardzo wysoki. - Przykłady: szkło, guma, porc...

1\. Podzielić substancje ze względu na ich własności elektryczne -- podać kryteria podziału - Przewodniki: - Mają swobodne elektrony. - Przykłady: miedź, aluminium, srebro. - Izolatory: - Brak swobodnych elektronów, opór bardzo wysoki. - Przykłady: szkło, guma, porcelana. - Półprzewodniki: - Ich opór zależy od temperatury i domieszek. - Przykłady: krzem, german. - Nadprzewodniki: - Przy niskich temperaturach tracą całkowicie opór elektryczny. - Przykłady: stopy niobu. 2\. Podzielić substancje ze względu na ich własności magnetyczne -- podać kryteria podziału - Diamagnetyki: - Słabo odpychane przez magnes. - Przykłady: miedź, złoto. - Paramagnetyki: - Słabo przyciągane przez magnes. - Przykłady: aluminium, platyna. - Ferromagnetyki: - Silnie przyciągane, mogą być magnesowane. - Przykłady: żelazo, kobalt, nikiel. - Antyferromagnetyki i ferrimagnetyki: - Specyficzne własności w polu magnetycznym (np. magnesy ceramiczne). 3\. Najważniejsze materiały przewodzące używane w konstrukcjach informatycznych oraz miejsca ich stosowania - Miedź: przewody elektryczne, ścieżki PCB. - Aluminium: radiatory, niektóre przewody. - Złoto: styki w złączach, powłoki kontaktowe. - Srebro: specjalne przewodniki w elektronice wysokoczęstotliwościowej. 4\. Najważniejsze materiały izolacyjne używane w konstrukcjach informatycznych oraz miejsca ich stosowania - Tworzywa sztuczne (PVC, teflon): izolacje kabli. - Ceramika: podstawy tranzystorów dużej mocy. - Szkło: światłowody, izolatory w wysokich napięciach. 5\. Półprzewodniki samoistne, a domieszkowane - Samoistne: - Czyste półprzewodniki, takie jak krzem, german. - Przewodnictwo rośnie z temperaturą. - Domieszkowane: - Dodanie pierwiastków (np. fosforu, boru) zwiększa przewodnictwo. - Typ n: nadmiar elektronów. - Typ p: nadmiar dziur. - Zastosowania: tranzystory, diody LED, fotodetektory. 6\. Sposoby kształtowania materiałów - Obróbka mechaniczna: - Cięcie, wiercenie, frezowanie. - Obróbka cieplna: - Wyżarzanie, hartowanie. - Wytłaczanie i odlewanie: - Tworzenie elementów o określonym kształcie. - Druk 3D: - Tworzenie skomplikowanych kształtów z materiałów kompozytowych. 7\. Sposoby łączenia materiałów - Lutowanie: - Wykorzystywane w elektronice. - Spawanie: - Łączenie metali w konstrukcjach mechanicznych. - Klejenie: - Stosowane tam, gdzie wymagana jest szczelność. - Połączenia mechaniczne: - Śruby, nity, wkręty. 8\. Prąd elektryczny, gęstość prądu i jego wpływ na dobór przewodników (druty i linki) **Prąd elektryczny:** Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych (zwykle elektronów w przewodnikach). Wzór opisujący natężenie prąd: \ [\$\$I = \\ \\frac{Q}{t}\$\$]{.math.display}\ gdzie: I -- natężenie prądu (A), Q -- ładunek elektryczny (C), t -- czas (s). Gęstość prądu: \ [\$\$J = \\ \\frac{I}{A}\$\$]{.math.display}\ gdzie: J -- gęstość prądu (A/m²), I -- natężenie prądu (A), A -- pole przekroju przewodnika (m²). 9\. Prawo Ohma, I i II prawo Kirchhoffa **Prawo Ohma** Prawo Ohma opisuje zależność między napięciem, prądem, a oporem w obwodzie elektrycznym. Mówi ono, że napięcie na końcach przewodnika jest wprost proporcjonalne do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik, przy stałym oporze. Równanie: 𝑈 = 𝑅 ⋅ 𝐼 gdzie: U -- napięcie w woltach (V) R -- opór elektryczny w omach (Ω), I -- natężenie prądu w amperach (A). Pierwsze Prawo Kirchhoffa (Prawo węzłów) Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy przepływu prądu w węźle obwodu elektrycznego. Mówi, że suma prądów wpływających do węzła jest równa sumie prądów wypływających z tego węzła. Definicja: \ [\$\$\\sum\_{}\^{}I\_{WPŁYWAJACE\\ } = \\ \\sum\_{}\^{}I\_{WYPŁYWAJĄCE}\$\$]{.math.display}\ LUB \ [\$\$\\sum\_{}\^{}I\_{} = 0\$\$]{.math.display}\ (przy założeniu, że prądy wpływające mają znak dodatni, a wypływające ujemny). Interpretacja: Ładunek elektryczny nie gromadzi się w węźle -- to konsekwencja zasady zachowania ładunku elektrycznego. Drugie Prawo Kirchhoffa (Prawo oczek) Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym (oczku). Mówi, że suma napięć źródeł w oczku jest równa sumie spadków napięć na elementach obwodu Definicja: \ [\$\$\\sum\_{}\^{}U\_{ŹRÓDEŁ} = \\ \\sum\_{}\^{}U\_{SPADKÓW}\$\$]{.math.display}\ LUB \ [\$\$\\sum\_{}\^{}U\_{} = 0\$\$]{.math.display}\ Interpretacja: To prawo wynika z zasady zachowania energii -- całkowita energia dostarczona do obwodu przez źródła napięcia równa się energii traconej na oporach i innych elementach obwodu. 10\. Ciepło i moc cieplna tracone w podzespołach elektrotechniki i elektroniki Źródła ciepła w układach elektrycznych i elektronicznych - Opór elektryczny -- główna przyczyna strat mocy w przewodnikach i rezystorach. Energia elektryczna przekształca się w energię cieplną. - Straty w rdzeniach magnetycznych -- wynikające z prądów wirowych i histerezy w transformatorach i silnikach. - Przewodzenie prądu w półprzewodnikach -- w tranzystorach i diodach, gdzie przepływ prądu wiąże się ze stratami cieplnymi. - Elementy aktywne (np. procesory) -- intensywne przetwarzanie sygnałów generuje znaczne ilości ciepła. Obliczanie mocy cieplnej Moc strat w przewodnikach i rezystorach: \ [*P*= *I*^2^    *R*]{.math.display}\ gdzie: P -- moc strat (W), I -- natężenie prądu (A), R -- rezystancja (Ω). Moc strat w elementach półprzewodnikowych: P = U ⋅ I gdzie: U -- napięcie na elemencie (V), I -- prąd płynący przez element (A). Wpływ ciepła na działanie układów Degradacja elementów -- wysoka temperatura skraca żywotność komponentów elektronicznych. Zaburzenia pracy układów -- np. w tranzystorach i procesorach wzrost temperatury zwiększa rezystancję i zmienia charakterystyki pracy. Ryzyko przegrzania i uszkodzeń -- szczególnie w przypadku nieodpowiedniego chłodzenia. 11\. Zasady oraz praktyczne sposoby chłodzenia podzespołów Zasady chłodzenia: - Ograniczenie temperatury pracy poniżej maksymalnych wartości określonych przez producenta. - Zapewnienie odpowiedniej wymiany ciepła między podzespołami a otoczeniem. Metody chłodzenia 1. Chłodzenie pasywne - Radiatory -- elementy zwiększające powierzchnię wymiany ciepła z otoczeniem. - Materiały o wysokim przewodnictwie cieplnym -- np. miedź, aluminium. - Obudowy wentylowane -- poprawiają cyrkulację powietrza. 2. Chłodzenie aktywne: - Wentylatory -- wymuszają przepływ powietrza nad podzespołami. - Pompy cieczy -- w systemach chłodzenia cieczą (np. w procesorach komputerowych). - Elementy termoelektryczne (Peltiera) -- stosowane w systemach precyzyjnego chłodzenia. 3. Zaawansowane metody: - Chłodzenie cieczą (np. wodą lub cieczami dielektrycznymi) -- stosowane w urządzeniach o dużej mocy (np. serwery, urządzenia przemysłowe). - Chłodzenie gazami (np. azotem ciekłym) -- w zastosowaniach specjalistycznych. 12\. Impedancja obwodów RLC Definicja impedancji Impedancja (Z) to uogólniony opór w obwodach prądu przemiennego, uwzględniający rezystancję, reaktancję indukcyjną i reaktancję pojemnościową. Jednostka: om (Ω) Składniki impedancji: Rezystancja (R) -- opór rzeczywisty. Reaktancja indukcyjna ([*X*~*L*~]{.math.inline}) \ [*X*~*L*~ = *ωL* = 2*πfL*]{.math.display}\ gdzie: L -- indukcyjność (H) f -- częstotliwość (Hz), ω -- pulsacja (ω=2πf). 13\. Wymienić oraz podać skróty najważniejszych jednostek wielokrotności i podwielokrotności 16\. Opisać podstawowe konfiguracje wzmacniaczy tranzystorowych - Konfiguracja wspólnego emitera: Tranzystor pracuje w trybie aktywnym, a sygnał wejściowy jest podawany na bazę, a wyjściowy odbierany z kolektora. - Konfiguracja wspólnej bazy: Ma bardzo niską impedancję wejściową i wysoką impedancję wyjściową. - Konfiguracja wspólnego kolektora (wtórnik emiterowy): Sygnał wejściowy jest podawany na bazę, a wyjściowy odbierany z emitera. - 17\. Cechy teoretyczne i praktyczne wzmacniaczy operacyjnych 1\. Cechy teoretyczne: - Bardzo wysokie wzmocnienie napięciowe. - Niski prąd wejściowy. - Bardzo szerokie pasmo przenoszenia. - Niski poziom szumów. 2\. Cechy praktyczne: - Wzmocnienie ograniczone przez czynniki zewnętrzne. - Wpływ obciążenia na charakterystyki. - Ograniczenia wynikające z pasma i szybkości narastania napięcia. 18\. Generacje układów scalonych i miejsca ich stosowania - SSI (Small Scale Integration): kilkanaście bramek logicznych. - MSI (Medium Scale Integration): setki bramek logicznych. - LSI (Large Scale Integration): tysiące elementów. - VLSI (Very Large Scale Integration): miliony elementów (np. procesory). - ULSI (Ultra Large Scale Integration): miliardy elementów (np. mikroprocesory). 19\. Zasady pomiaru napięcia, prądu elektrycznego oraz rezystancji - Napięcie: mierzone równolegle do elementu. - Prąd: mierzone szeregowo w obwodzie. - Rezystancja: mierzone przy odłączonym zasilaniu za pomocą multimetru. 20\. Sposoby pomiaru wielkości nieelektrycznych, np. temperatury - Temperatura: termometry oporowe, termoelementy, czujniki półprzewodnikowe. - Ciśnienie: tensometry, przetworniki piezoelektryczne. - Przemieszczenie: enkodery, liniały optyczne. 21\. Rodzaje błędów pomiarowych, klasy dokładności pomiaru - Systematyczne: wynikające z kalibracji lub metody pomiarowej. - Przypadkowe: wynikające z czynników zewnętrznych. - Dokładność pomiaru: określana przez klasę dokładności (±%). 22\. Podstawowe typy zasilaczy i ich podstawowe cechy - Zasilacze liniowe: proste w konstrukcji, niska sprawność. - Zasilacze impulsowe: wysoka sprawność, mniejsze rozmiary. - Zasilacze stabilizowane: zapewniają stałe napięcie. 23\. Sposoby wygładzania oraz stabilizacji napięcia w zasilaczach - Wygładzanie: filtry kondensatorowe i cewkowe. - Stabilizacja: układy stabilizatorów liniowych (np. LM78xx) i impulsowych. 24\. Realizacje zasilania bezprzerwowego - UPS: zasilacze z akumulatorami. - Zasilacze redundantne: stosowane w serwerach. 25\. Potrzeby i zasady stosowania układów bramek logicznych - Rodzaje: AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR. - Zasada stosowania: realizacja funkcji logicznych w układach cyfrowych. 26\. Przerzutniki jako podstawowe układy sekwencyjne - Rodzaje: SR, JK, D, T. - Zastosowanie: układy pamięciowe, liczniki, rejestry. 27\. Podstawowe bloki systemów komputerowych - Procesor (CPU): jednostka centralna. - Pamięć: RAM, ROM. - Magazyn danych: HDD, SSD. - Urządzenia I/O: klawiatura, mysz, monitor. 28\. Istota architektury mikrokomputerów (mikrokontrolerów) - Mikrokontrolery: zawierają CPU, pamięć i interfejsy wejścia/wyjścia na jednym układzie. - Architektura Harvard: oddzielna pamięć dla danych i programu. 29\. Podstawowe własności elementów platformy Arduino - Procesor: AVR, ARM. - Moduły: komunikacja (Wi-Fi, Bluetooth), czujniki (np. temperatury). 30\. Obszary zastosowań platformy Arduino - Robotyka. - Automatyka domowa. - Edukacja i prototypowanie.