Электроника для начинающих (2-е издание)

Включите мультиметр последовательно в цепь между светодиодом и потенциометром, как показано на рис. 1.51. Регулируя потенциометр в обе стороны, вы обнаружите, что переменное сопротивление в цепи изменяет поток электричества – силу тока. В предыдущем эксперименте светодиод сгорел, потому что слишком сильный ток нагрел его и расплавил изнутри, совсем как предохранитель. Более высокое сопротивление ограничивает силу тока.

Рис. 1.52. Сила тока, проходящего по простой цепи, всегда постоянна на всем ее протяжении, независимо от того, в каком месте вы ее измеряете

А теперь интересное исследование. Поверните движок потенциометра против часовой стрелки до упора. Запишите силу тока, которую показывает мультиметр.

Не меняя настройки потенциометра, поместите мультиметр в цепь между батареей и светодиодом, как показано на рис. 1.52. Какая сила тока теперь? Она должна быть такой же или почти такой же, как раньше, допустимы незначительные расхождения в сопротивлении в результате перемещения зажимов «крокодил».

Замечание

Сила тока постоянна во всех точках простой последовательной цепи. Так и должно быть, потому что потоку электронов больше некуда деться.

Проведение измерений

Пришло время подкрепить эксперименты некоторыми цифрами. Это позволит вам установить самое главное правило для всей электроники.

Удалите светодиод из схемы, включите мультиметр между батареей и потенциометром. Удалите 470-омный резистор и подключите резистор номиналом 1 кОм (с полосками коричневого, черного и красного цвета), как показано на рис. 1.53. Теперь сопротивление в цепи обеспечивают только потенциометр номиналом 1 кОм и постоянный резистор 1 кОм.

Замечание

Мультиметр также обладает некоторым сопротивлением, но оно настолько мало, что мы можем его не учитывать. Провода и зажимы «крокодил» также имеют незначительное сопротивление, но оно даже меньше, чем у мультиметра.

Поверните потенциометр по часовой стрелке до упора, обеспечив таким образом почти нулевое сопротивление. В цепи у вас сейчас только 1000 Ом от постоянного резистора. Какую силу тока показывает ваш мультиметр?

Установите движок потенциометра в среднее положение, чтобы его сопротивление составляло около 500 Ом. Общее сопротивление цепи теперь приблизительно 1500 Ом. Какую силу тока показывает ваш мультиметр сейчас?

Поверните ось потенциометра против часовой стрелки до упора, чтобы его полный номинал плюс номинал резистора в сумме давали 2000 Ом. Какая сила тока сейчас?

Когда я пытался это сделать, у меня получились такие результаты:

9 мА при общем сопротивлении 1 кОм

6 мА при общем сопротивлении 1,5 кОм

4,5 мА при общем сопротивлении 2 кОм

У вас должны быть примерно такие же значения.

Рис. 1.53. В этом последнем эксперименте нет даже светодиода

Заметили кое-что интересное? В каждой строчке, если вы умножите число слева на число справа, в результате получится 9. И напряжение батареи составляет в точности 9 вольт. Мы провели только три измерения, но если вы проведете ряд экспериментов с помощью набора постоянных резисторов, держу пари, результат будет таким же.

Можно резюмировать все это так:

Напряжение батареи в вольтах = миллиамперы × килоомы

Но, погодите-ка, 1 кОм – это 1000 Ом, а 1 мА – это 1/1000 ампера. В результате, если задать основные единицы измерения (вольты, амперы и омы), наша формула должна выглядеть так:

Напряжение в вольтах = (амперы / 1000) × (омы × 1000)

Здесь символ /, который часто называют словом «слеш», означает операцию деления.

Два коэффициента 1000 взаимно сокращаются, и поэтому мы получаем:

вольты = амперы × омы

Данное равенство называется законом Ома. Этот закон основополагающий для электротехники.

Закон Ома

Общепринятый способ записи закона Ома таков:

напряжение = сила тока × сопротивление

Обычно его сокращают так:

V = I × R

Буква I обозначает поток электричества, потому что первоначально сила тока измерялась по его индуктивности, т. е. по способности создавать магнитный эффект. Возможно, было бы понятнее обозначать силу тока какой-либо другой буквой, например С, но сейчас уже слишком поздно убеждать кого-либо в этом. Просто запомните, что буква I обозначает силу тока.

Меняя обозначения местами, вы получите следующие формулы:

I = V / R

R = V / I