Чарльз Платт - Электроника для начинающих (2-е издание)

Прежде чем начать опыт, убедитесь, что установили поворотный переключатель в положение для измерения силы тока, а не напряжения.

Соблюдайте осторожность при измерении силы тока. Например, если вы присоединили щупы мультиметра непосредственно к клеммам батареи, а мультиметр настроен на измерение тока в миллиамперах, то вы создадите моментальную перегрузку, и в мультиметре перегорит плавкий предохранитель. Дешевые устройства не имеют каких-либо запасных предохранителей, поэтому вам придется вскрыть корпус, выяснить номинал предохранителя и найти где-либо точно такой же на замену. Это порядком раздражает (я сам проходил через это, и не раз). У очень дешевых мультиметров может оказаться предохранитель, который заменить не так легко.

Совет

Всегда измеряйте силу тока, когда в цепи есть компоненты, которые ограничивают ток. В качестве меры предосторожности, если ваш мультиметр имеет отдельное гнездо для измерения силы тока, вставляйте в него красный провод только на время измерения. Затем верните красный провод обратно в гнездо для измерения напряжения/сопротивления.

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.

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.

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.

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.

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

Чтобы применять эти формулы, вы должны убедиться в том, что значения приведены в соответствующих единицах. Если напряжение (V) измерено в вольтах, сила тока (I) в амперах, то сопротивление (R) должно быть измерено в омах.

А что если вы измерили силу тока в миллиамперах? Вы должны выразить ее в амперах. Например, сила тока в 30 мА должна быть представлена в формуле как 0,03, потому что 0,03 А = 30 мА. Если вы путаетесь, используйте калькулятор, чтобы разделить величину в миллиамперах на 1000 и получить значение в амперах. Подобным же образом разделите значение в милливольтах на 1000, чтобы получить величину в вольтах.

Чтобы уменьшить вероятность ошибок, можно запомнить закон Ома, сформулированный в основных единицах: