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

Напряжение на светодиоде по-прежнему составляет 2 В. Источник питания выдает 5 В, поэтому резистор должен понижать его на 3 В. Сила тока должна быть одинаковой, и тогда расчет выглядит так:

R = 3 / 0,02

Таким образом, номинал резистора составит 150 Ом. Но вовсе не обязательно, чтобы светодиод обеспечивал максимальную световую отдачу, а возможно даже, что у вас окажется светодиод, у которого предельный ток меньше 20 мА. Кроме того, если схема питается от автономного источника, то желательно уменьшить потребление энергии, чтобы батареи хватило на более долгое время. Учитывая это, вы можете выбрать более высокий стандартный номинал резистора — 220 Ом.

Я уже упоминал, что провода имеют очень низкое сопротивление. Настолько ли оно мало, что его всегда можно игнорировать? Не совсем так. Если по проводу протекает большой ток, провод будет нагреваться, как вы сами могли это увидеть, когда замыкали 1,5-вольтовую батарею в эксперименте 2. И если провод становится горячим, вы можете быть уверены, что некоторое напряжение падает на самом проводе, в результате для любого подключенного устройства напряжение окажется меньше расчетного.

Опять-таки, чтобы провести расчеты, пригодится закон Ома.

Предположим, что очень длинный отрезок провода имеет сопротивление 0,2 Ом. Вы желаете пропустить через него ток в 15 А, чтобы запустить устройство, которое потребляет много энергии.

Начинаем с выписывания известных величин:

R = 0,2 (сопротивление провода)

I = 15 (сила тока в цепи)

Вам нужно найти падение напряжения между двумя концами провода (V). Поэтому следует выбрать тот вариант закона Ома, который содержит символ V слева:

V = I × R

Теперь подставим значения:

V = 15 × 0,2 = 3 В

Три вольта — несущественная величина, если у вас есть высоковольтный источник питания, но когда вы используете автомобильный аккумулятор на 12 В, такой отрезок провода будет потреблять четверть от имеющегося напряжения.

Теперь вы знаете, почему проводка в автомобилях выполнена довольно толстым кабелем — чтобы по возможности снизить падение напряжения.

Легендарный британский политик сэр Уинстон Черчилль известен своими жалобами на «эти проклятые запятые». Он имел в виду десятичные запятые. Поскольку на тот момент Черчилль был министром финансов Великобритании и контролировал все расходы страны, его трудности при работе с десятичными числами представляли некоторую проблему. Тем не менее, он справился с делами при помощи устоявшейся в Великобритании традиции. Вы тоже сможете.

Предположим, у вас есть дробь, содержащая десятичные числа. Вы можете упростить ее, если перенесете десятичные запятые в числителе и в знаменателе дроби на одинаковое количество разрядов. Так, если бы вы пожелали узнать результат деления 7/0,02, чтобы подобрать последовательный резистор для светодиода, то могли бы просто передвинуть запятые на два знака вправо:

7 / 0,02 = 700 / 2

Заметьте, что если вы передвигаете десятичную запятую за правую границу числа, то в каждый дополнительный разряд следует добавить ноль. Поэтому когда вы двигаете десятичную запятую в числе 7,0 на два знака вправо, то получаете 700.

А если у вас десятичные запятые при умножении чисел? Например, вам надо умножить 0,03 на 0,002. Поскольку сейчас вы умножаете, а не делите, следует переносить запятые в противоположных направлениях. Вот так:

0,03 × 0,002 = 3 × 0,00002

Результат равен 0,00006. Повторю еще раз, если для вас это слишком сложно, пользуйтесь калькулятором. Но иногда быстрее считать с помощью ручки и бумаги или даже вычислить все в уме.

Я возвращаюсь к вопросу, который задавал в предыдущем эксперименте: почему ваш язык не стал горячим?

Теперь, когда вы знаете закон Ома, можно выразить ответ в числах. Давайте предположим, что батарея выдает заявленное напряжение 9 В, а ваш язык имеет сопротивление 50 кОм, т. е. 50 000 Ом. Как всегда, начнем с записи известных величин:

V = 9

R = 50 000

Вам нужно узнать силу тока, I, поэтому запишем формулу закона Ома так, чтобы этот параметр находится слева:

I = V / R

Подставляем числа:

I = 9 / 50 000 = 0,00018 А

Переместите десятичную запятую на три знака, чтобы перевести амперы в миллиамперы:

I = 0,18 мА

Это очень маленький ток и он не дает значительного количества тепла.

А что было, когда вы замкнули батарею? Какое количество тока нагрело провода? Допустим, провода имеют сопротивление ОД Ом (возможно, оно меньше, но давайте начнем с 0,1 в качестве предположения). Запишите известные значения:

V = 1,5 R = 0,1

И снова я пытаюсь вычислить I, силу тока, поэтому используется формула:

I = V / R

Подставим числа:

I = 1,5/0,1=15 А

Это почти в 100 000 раз больше тока, который мы пропускали через язык. В тонком проводе такой ток выделяет значительное количество тепла.

Комнатный обогреватель или крупные электроинструменты, такие как отрезной станок, могут потреблять ток 15 А. Возможно, вам интересно, действительно ли такая маленькая батарея типа АА смогла выдать такой большой ток. И ответ на это — я не уверен. Я не смог бы измерить силу тока своим мультиметром, потому что ток в 15 А сожжет предохранитель, даже если подключить щуп в гнездо с отметкой 10 А. Но я все же провел эксперимент с 10-амперным предохранителем вместо трехамперного, и он выжил.

Почему же так получилось? Закон Ома утверждает, что сила тока должна была составить 15 А, но по какой-то причине она оказалась меньше. Может быть, сопротивление провода у держателя батареи было на самом деле больше, чем 0,1 Ом? Нет, думаю, что, возможно, даже ниже. Так что же ограничивает силу тока ниже того значения, которое предсказывает закон Ома?

Ответ заключается в том, что все вокруг нас имеет какое-либо электрическое сопротивление, даже батарея. Всегда помните о том, что батарея — это активная часть цепи.

Помните, когда вы замкнули батарею, она стала горячей, так же, как и провода? Определенно, батарея имеет некоторое внутреннее сопротивление. Вы можете игнорировать его, когда работаете с малыми токами в миллиамперах, но при сильных токах батарея активно участвует в процессе.

Вот почему я предупредил вас о том, чтобы вы не использовали мощную батарею (и особенно автомобильный аккумулятор). Такие батареи имеют намного более низкое внутреннее сопротивление и пропускают намного больший ток, который может сгенерировать тепло, приводящее к взрыву. Автомобильный аккумулятор способен обеспечить ток в несколько сотен ампер при запуске стартера. Этого вполне достаточно, чтобы расплавить провода и вызвать ожоги.

В сущности, с помощью автомобильного аккумулятора можно выполнять сварку металла.