P = ΔE / т

Потеря (или усиление) энергии — это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t.Таким образом, потеря (или усиление) энергии — это просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

P = ΔV • Q / т

Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

P = ΔV • I

Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности. Их

Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт .В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю ² • Ом и вольт ² / Ом.

Затраты на электроэнергию

Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную электроэнергию. В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица — единица мощности, умноженная на единицу времени, — это единица энергии.Домохозяйство обычно оплачивает счет на основе количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты. Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии должно быть умножено на стоимость электроэнергии в соотношении $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

Эквивалентное сопротивление

Довольно часто в цепи используется более одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь. Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи.Концептуально эквивалентное сопротивление — это сопротивление, которое один резистор будет иметь, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в схеме есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор на 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное эквиваленту . Значение эквивалентного сопротивления (R _eq ) учитывает индивидуальные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Они могут быть подключены последовательно или параллельно . Резисторы, которые соединены последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы. При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой значений отдельных сопротивлений этих резисторов.

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Параллельно подключенные резисторы подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути. Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы.Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

1 / R _экв = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

Анализ последовательной цепи

Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям.Нередко проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь, питаемую тремя ячейками и имеющую три последовательно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно.Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ +… (последовательные соединения)

Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд делится на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3…. В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ = I ₂ = I ₃ =… (последовательные цепи)

Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор. Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R).Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаков, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах цепи часто обозначается как падения напряжения . Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением элементов или батареи, которые питают цепь.Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, когда он проходит через отдельные резисторы последовательной цепи. Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ + ΔV ₂ + ΔV ₃ +… (последовательные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} — электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ — падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

Анализ параллельной цепи

Самые последние задачи в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов.Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по его пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до того, как достигнет резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через единственный резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что схема является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

1 / R _экв = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +… (параллельное соединение)

В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных цепях. В форме уравнения можно записать, что

I _{аккумулятор} = I ₁ + I ₂ + I ₃ +… (параллельные цепи)

Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами — сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

Эклектические разности потенциалов (ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения.Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он получает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV _{аккумулятор} = ΔV ₁ = ΔV ₂ = ΔV ₃ +… (параллельные цепи)

где ΔV _{аккумулятор} — электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV ₁ , ΔV ₂ и ΔV ₃ — падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

Привычки эффективно решать проблемы

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физическим проблемам таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

• … внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
• … идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
• … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания принципов физики.
• … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
• … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы Учебного пособия по физике могут быть полезны для того, чтобы помочь вам понять концепции и математику, связанные с этими проблемами.

Набор проблем электрических цепей

Просмотреть набор задач

Электрические схемы Решения с аудиогидом

электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, по которому может течь ток.Электрическая цепь может состоять практически из любых материалов (включая людей, если мы не будем осторожны!), Но практически говоря, они обычно состоят из электрических устройств, таких как провода, батареи, резисторы и переключатели. Обычный ток будет проходить через полный путь с обратной связью (замкнутый контур) от высокого потенциала к низкому потенциалу, поэтому электроны фактически текут в противоположном направлении, от низкого потенциала к высокому. Если путь не является замкнутым контуром (разомкнутым контуром), заряд не будет течь.

Электрические цепи, представляющие собой трехмерные конструкции, обычно представляются в двух измерениях с помощью диаграмм, известных как принципиальные схемы. Эти схемы представляют собой упрощенные стандартизированные представления, в которых общие элементы схемы представлены определенными символами, а провода, соединяющие элементы в схеме, представлены линиями. Слева показаны условные обозначения основных схем.

Для протекания тока по цепи необходим источник разности потенциалов.Типичными источниками разности потенциалов являются гальванические элементы, батареи (состоящие из двух или более элементов, соединенных вместе) и источники питания (напряжения). В общей терминологии мы часто называем гальванические элементы батареями. Рисуя элемент или батарею на принципиальной схеме, помните, что более длинная сторона символа — это положительный полюс.

Электрические цепи должны образовывать полный проводящий путь для протекания тока. В примере схемы, показанной ниже слева, цепь является неполной, потому что переключатель разомкнут, поэтому ток не будет течь, и лампа не будет гореть.Однако в схеме внизу справа переключатель замкнут, образуя контур замкнутого контура. Пойдет ток, и лампа загорится.

Обратите внимание, что на рисунке справа обычный ток будет течь от положительного к отрицательному, создавая путь тока в цепи по часовой стрелке. Однако настоящие электроны в проводе движутся в противоположном направлении или против часовой стрелки.

Энергия и мощность

Так же, как механическая мощность — это скорость, с которой расходуется механическая энергия, электрическая мощность — это скорость, с которой расходуется электрическая энергия.Ранее мы узнали, что когда вы работаете над чем-то, вы изменяете его энергию, и что электрическая работа или энергия равна разности заряда, умноженной на разность потенциалов. Следовательно, мы можем записать наше уравнение для электрической мощности как:

Однако мы также знаем, что количество заряда, перемещающегося за точку за данную единицу времени, является текущим, поэтому мы можем продолжить наш вывод следующим образом:

Итак, электрическая мощность, затрачиваемая в цепи, — это электрический ток, умноженный на разность потенциалов (напряжение).Используя закон Ома, мы можем расширить его еще больше, чтобы предоставить нам несколько различных методов для расчета электрической мощности, рассеиваемой резистором:

Конечно, сохранение энергии по-прежнему применяется, поэтому энергия, используемая в резисторе, преобразуется в тепло (в большинстве случаев) и свет, или ее можно использовать для работы. Посмотрим, сможем ли мы применить эти знания на практике.

Вопрос: Тостерная печь на 110 В потребляет ток 6 ампер на максимальной мощности, преобразуя электрическую энергию в тепловую.Какая максимальная мощность тостера?

Ответ:

Вопрос: Какая минимальная информация необходима для определения мощности, рассеиваемой в резисторе неизвестного значения?

1. разность потенциалов на резисторе, всего
2. ток через резистор, всего
3. разность токов и потенциалов, всего
4. ток, разность потенциалов и время срабатывания

Ответ: (3) только ток и разность потенциалов (P = VI).

Комплект для конструирования цепей: последовательная цепь постоянного тока | Параллельная схема | Закон Ома

Краткое введение в схемы | электрическаялегкость.com

Типы схем

Последовательная цепь:

Параллельная цепь:

Закон Ома Закон
Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между этими двумя точками . Это означает, что чем больше сопротивление, тем меньше ток будет протекать. I = V / R Это применимо к любому компоненту схемы. Например, проводники увеличивают ток, а индукторы — уменьшают.

Интегральные схемы
Их обычно называют IC. Обычно они представляют собой микросхемы и микрочипы. Это набор нескольких электронных схем на небольшом полупроводниковом устройстве (обычно кремнии). С развитием технологий эти ИС оказались чрезвычайно полезными. Они присутствуют в любом электронном устройстве, которое вы можете назвать. От компьютеров, мобильных телефонов до других цифровых устройств у вас есть несколько микросхем. Их основные компоненты представляют собой комбинацию диодов, транзисторов и микропроцессоров.Микропроцессоры обеспечивают память устройством. С помощью микропроцессора электронные устройства могут выполнять логические или протокольные приложения.

Физика всегда была неотъемлемой частью нашей жизни и нашей учебной программы. От школьников до инженерных вузов; все хорошо знакомы с концепциями физики. Понимание схемы — одна из основных частей. Даже если вы не специализируетесь на физике или почти не обращали внимания на этот предмет в школьные годы, с точки зрения непрофессионала вы все равно поймете схему.Как вам нужны органы человеческого тела, заставляющие его работать, точно так же, как электрическая цепь заставляет работать любое электрическое или электронное устройство. Он обеспечивает путь для электрического тока к свету, вентиляторам и другим электрическим сетям.
От самого маленького цифрового устройства до самого большого электрического предмета, которым вы владеете, каждая система имеет встроенную схему. Вы, должно быть, использовали термин «короткое замыкание» тысячу раз в своем доме. Это не что иное, как плохое соединение между двумя точками электрической цепи, которая имеет два разных напряжения, что приводит к чрезмерному протеканию тока и вызывает повреждение цепи.

Понимание схемы очень полезно для всех. От домашнего использования до высокотехнологичных изобретений; Схема — это основа для любого технического прогресса.

Как сделать схему

Вы когда-нибудь задумывались о разнице между батареями и электричеством от розеток или о том, как сделать электрическую цепь?

На этой странице вы узнаете об электронах и электрическом токе, батареях, схемах и многом другом!

Проекты схемотехники

Постройте схему

Как сделать схему? Цепь — это путь, по которому течет электричество.Он начинается с источника питания, такого как батарея, и течет по проводу к лампочке или другому объекту и обратно к другой стороне источника питания. Вы можете построить свою собственную схему и посмотреть, как она работает с этим проектом!

Что вам понадобится:

* Чтобы использовать фольгу вместо проволоки, отрежьте 2 полоски длиной 6 дюймов и шириной 3 дюйма каждая. Плотно согните каждую по длинному краю, чтобы получилась тонкая полоска.)
** Чтобы использовать скрепки вместо держателей батарей, прикрепите один конец скрепки к каждому концу батареи тонкими полосками ленты.Затем подсоедините провода к скрепкам.

Часть 1 — Создание схемы:

1. Подсоедините один конец каждого провода к винтам на основании патрона лампы. (Если вы используете фольгу, попросите взрослого помочь вам открутить каждый винт настолько, чтобы под ним поместилась полоска фольги.)
2. Подключите свободный конец одного провода к отрицательному («-») концу одной батареи. Что-нибудь случилось?
3. Присоедините свободный конец другого провода к положительному («+») концу батареи.Что теперь происходит?

Часть 2 — Суммирующая сила

1. Отключите аккумулятор от цепи. Поставьте одну батарею так, чтобы конец «+» был направлен вверх, затем установите другую батарею рядом с ней так, чтобы плоский конец «-» был направлен вверх. Обмотайте середину батарей липкой лентой, чтобы удерживать их вместе.
2. Прикрепите скрепку к батареям так, чтобы она соединяла конец «+» одной батареи с концом «-» другой. Закрепите скрепку узкой лентой (не заклеивайте концы металлических батарей).
3. Переверните батареи и приклейте один конец скрепки к каждой батарее. Теперь вы можете подключить к каждой скрепке по одному проводу. (В нижней части аккумуляторного блока должна быть только одна канцелярская скрепка — не подключайте к ней провод.)
4. Присоедините свободные концы проводов к лампочке.

(Примечание: вместо шагов 1-3 вы можете использовать две батареи в держателях батарей и соединить их вместе одним проводом.)

Что случилось:

В первой части вы узнали, как сделать схему с батареей, чтобы зажечь лампочку.

Электроэнергия подается от батарей. Когда они подключены должным образом, они могут «запитать» такие вещи, как фонарик, будильник, радио… даже робота!

Почему не загорелась лампочка, когда вы подключили ее к одному концу аккумулятора с помощью провода?

Электричество от батареи должно проходить через один конец (отрицательный или «-») и обратно через положительный («+») конец, чтобы работать.

То, что вы построили из батареи, провода и лампочки на шаге 3, называется разомкнутой цепью .

Чтобы электричество начало течь, нужна замкнутая цепь . Электричество вызывается крошечными частицами с отрицательным зарядом, называемыми электронами .

Когда цепь замкнута или замкнута, электроны могут течь от одного конца батареи по всем проводам к другому концу батареи. По пути он будет переносить электроны к подключенным к нему электрическим объектам — например, к лампочке — и заставлять их работать!

Во второй части вы добавили еще одну батарею.Это должно было заставить лампочку гореть ярче, потому что две батареи вместе могут обеспечить больше электричества, чем одна!

Скрепка в нижней части батарейного блока позволяла электричеству течь между батареями, делая поток электронов сильнее.

Вы видите, как работают замкнутые и разомкнутые цепи, чтобы позволить или остановить электричество?

Изолятор или проводник?

Материалы, через которые может проходить электричество, являются проводниками вызова.Материалы, препятствующие протеканию электричества, называются изоляторами.

Вы можете узнать, какие предметы в вашем доме являются проводниками, а какие — изоляторами, используя схему, которую вы создали в последнем проекте, чтобы проверить их!

Что вам понадобится:

• Цепь с лампочкой и 2 батареями
• Дополнительная проволока с зажимом типа «крокодил» (или проволока из алюминиевой фольги *)
• Объекты для испытаний (из металла, стекла, бумаги, дерева и пластика)
• Рабочий лист (необязательно)

Что вы делаете:

1. Отсоедините один из проводов от аккумуляторной батареи.Подключите один конец нового провода к батарее. У вас должно получиться два провода со свободными концами (между лампочкой и аккумулятором).
2. Произошел разрыв цепи, лампочка не должна загореться. Затем вы протестируете объекты, чтобы увидеть, являются ли они проводниками или изоляторами. Если объект является проводником, лампочка загорится. Это изолятор, он не горит. Для каждого объекта угадайте, думаете ли вы, что каждый объект замкнет цепь и загорится лампочка или нет.
3. Подсоедините концы свободных проводов к объекту и посмотрите, что произойдет. Вот некоторые предметы, которые вы можете проверить, — это скрепка, ножницы (попробуйте лезвия и ручки по отдельности), стакан, пластиковую посуду, деревянный кубик, вашу любимую игрушку или что-нибудь еще, о чем вы можете подумать.

Что случилось:

Перед тем, как протестировать каждый объект, угадайте, загорится он лампочкой или нет. Если это так, то объект, к которому вы прикасаетесь проводами, является проводником.

Лампочка загорается, потому что проводник замыкает или замыкает цепь, и электричество может течь от батареи к лампочке и обратно к батарее! Если он не загорается, объект является изолятором и останавливает поток электричества, как это делает разомкнутая цепь.

Когда вы настраивали цепь на шаге 1, это была разомкнутая цепь. Электроны не могли двигаться по кругу, потому что два провода не соприкасались. Электроны были прерваны.

Когда вы помещаете металлический предмет между двумя проводами, металл замыкает или замыкает цепь — электроны могут течь через металлический объект и переходить от одного провода к другому! Объекты, замыкающие цепь, заставили лампочку загореться. Эти объекты — проводники. Они проводят электричество.

Большинство других материалов, таких как пластик, дерево и стекло, являются изоляторами. Изолятор в разомкнутой цепи не замыкает цепь, потому что электроны не могут проходить через него! Лампочка не загоралась, когда между проводами вставлялся изолятор.

Если вы используете провода или зажимы из крокодиловой кожи, внимательно посмотрите на них. Внутри они металлические, а снаружи пластик. Металл — хороший проводник. Пластик — хороший изолятор. Пластик, обернутый вокруг провода, помогает удерживать электроны, протекающие по металлическому проводу, блокируя их передачу на другой объект за пределами проводов.

Урок схемотехники

Что такое электричество?

Все вокруг вас состоит из крошечных частиц, называемых атомами.

Атомы содержат внутри еще более мелкие частицы, называемые электронами . Электроны всегда имеют отрицательный заряд.

Когда электроны движутся, они производят электричество!

Электричество — это движение или поток электронов от одного атома к другому. Не волнуйтесь, если это покажется сложным. Это!

электронов называют субатомными частицами , что означает, что то, что они делают, происходит внутри атомов, так что это довольно сложная наука.

Вы помните, как узнали о магнитах? У них есть положительный и отрицательный заряды, а противоположные заряды (+ »и« — ») притягиваются друг к другу. То же самое и с электрическими зарядами. Отрицательно заряженные электроны пытаются сопоставить положительные заряды в других объектах.

Как электроны перемещаются от одного атома к другому?

Они плавают вокруг своих атомов до тех пор, пока не получат достаточно электроэнергии, чтобы их толкнуть.

Энергия, которая заставляет их двигаться, исходит от источника питания, такого как аккумулятор или электрическая розетка.

Это работает примерно так же, как вода течет по шлангу, когда вы открываете кран.

Когда вы включаете выключатель или подключаете прибор, электроны проходят по проводам и выходят в виде электричества, которое мы иногда называем «мощностью».

Вы, наверное, знаете, что в некоторых электронных устройствах используются батарейки, а некоторые могут быть подключены к розетке.

В чем разница? Электричество, которое исходит из розеток в вашем доме, очень мощное — в нем много электронов, протекающих с большим количеством энергии.

Он называется переменным током , или переменным током. Электроны в переменном токе очень быстро перемещаются вперед и назад (со скоростью света) по проводам на сотни миль от больших электростанций к розеткам, встроенным в стены домов и зданий.

Поскольку переменный ток очень силен, он также может быть очень опасным. Никогда не прикасайтесь к линии электропередачи, не вставляйте пальцы или предметы, кроме электрических вилок, в розетки. Вы можете получить сильный удар, который может нанести вам вред из-за сильных токов, протекающих по проводам и розеткам.

Батареи вырабатывают гораздо менее мощный вид электричества, называемый постоянным током или DC. При постоянном токе электроны движутся только в одном направлении — от отрицательного (-) конца или вывода к положительному (+) выводу, через батарею и обратно обратно через «-» конец.

Ток, протекающий по проводам, подключенным к батареям, намного безопаснее переменного тока.

Он также очень полезен для питания небольших предметов, таких как сотовые телефоны, радио, часы, игрушки и многое другое.

Все о схемах

Цепь — это путь, по которому течет электричество. Если путь нарушен, это называется разомкнутой цепью, и электроны не могут двигаться полностью. Если цепь замкнута, это замкнутая цепь, и электроны могут перемещаться от одного конца источника питания (например, батареи) через провод к другому концу источника питания. В цепи батареи положительный и отрицательный концы батареи должны быть соединены через цепь, чтобы обмениваться электронами с лампочкой или другим объектом, подключенным к цепи.

Переключатель — это то, что позволяет размыкать и замыкать цепь. Если вы включаете выключатель света в своем доме, вы замыкаете или замыкаете цепь. Внутри стены выключатель замыкает цепь, и электричество течет к свету. Когда вы выключаете свет, цепь отключается (теперь это разомкнутая цепь ), электроны перестают течь, и свет гаснет.

Отрицательно заряженные электроны, о которых мы говорили выше, не могут «прыгать», чтобы соответствовать положительным зарядам — ​​они могут перемещаться только от одного атома к другому.Вот почему цепи должны быть замкнутыми, чтобы работать.

Жизнь без электричества

Отключалось ли когда-нибудь электричество там, где вы живете?

Иногда сильный ветер и шторм могут повредить линии электропередач (высокие столбы, удерживающие толстые провода, по которым течет электричество), нарушая поток электричества.

Когда это происходит, электроны перестают течь и не могут добраться туда, куда бы они ни направлялись. Когда в ваш дом не подается электричество, ни свет, ни розетки не будут работать!

Если на улице темно, то и внутри будет темно.

Компьютеры, телефоны, микроволновые печи, радио и другие устройства, которые необходимо подключить для работы, перестанут работать.

Если вы раньше теряли власть, можете ли вы описать, на что это было похоже?

Вы делали что-нибудь, что было прервано?

Вам приходилось использовать свечи, чтобы видеть?

Если вы никогда раньше не сталкивались с перебоями в подаче электроэнергии, постарайтесь думать обо всех повседневных делах, требующих электричества.

Как бы изменился ваш день, если бы у вас не было электричества? Есть ли вещи, которые вы могли бы использовать, работающие от батареек?

• Прочтите этот урок естествознания, чтобы узнать больше об энергии и различных видах электричества.

Научные слова

Электроны — крошечные частицы внутри атомов, которые всегда имеют отрицательный заряд. Именно они вызывают электричество.

Ток — электроны текут, чтобы произвести электричество.

Обрыв цепи — прерванный путь, по которому электроны не могут течь.

Замкнутая цепь — непрерывный путь, по которому электроны могут течь от источника питания обратно к другому концу источника питания.

Что такое схема? — learn.sparkfun.com

Обзор

Добро пожаловать на трассу 101! Одна из первых вещей, с которой вы столкнетесь при изучении электроники, — это концепция схемы . Это руководство объяснит, что такое схема, а также более подробно обсудит напряжение .

Рекомендуемая литература

Есть несколько концепций, которые вы должны хорошо понимать, чтобы извлечь максимальную пользу из этого руководства.

Основы схем

Напряжение и принцип работы

Вы, наверное, слышали, что аккумулятор или розетка имеет определенное число вольт . Это измерение электрического потенциала , создаваемого батареей или электросетью, подключенной к настенной розетке.

Все эти вольты ждут, когда вы ими воспользуетесь, но есть загвоздка: , чтобы электричество выполняло любую работу, оно должно перемещаться .Это что-то вроде надутого воздушного шара; если отщипнуть его, там есть воздух, что может что-то сделать, если его отпустить, но на самом деле он ничего не сделает, пока вы его не выпустите.

В отличие от воздуха, выходящего из воздушного шара, электричество может проходить только через материалы, которые могут проводить электричество, например, медный провод. Если вы подключите провод к батарее или настенной розетке ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: напряжение в розетке опасно, не делайте этого!), Вы дадите электричеству дорогу, по которой можно будет двигаться.Но если провод ни к чему не подключен, электричеству некуда будет уходить, и оно все равно не будет двигаться.

Что заставляет электричество двигаться? Электричество хочет перетекать с более высокого напряжения на более низкое. Это в точности похоже на воздушный шар: сжатый воздух в воздушном шаре хочет вытечь изнутри баллона (более высокое давление) наружу (более низкое давление). Если вы создадите проводящий путь между более высоким и более низким напряжением, по нему будет течь электричество.И если вы вставите что-то полезное в этот путь, например, светодиод, протекающее электричество будет делать некоторую работу за вас, например, зажигать этот светодиод. Ура!

Итак, где вы найдете более высокое и более низкое напряжение? Вот кое-что действительно полезное: у каждого источника электричества есть две стороны . Вы можете увидеть это на батареях, у которых с обоих концов есть металлические заглушки, или на розетке с двумя (или более) отверстиями. В аккумуляторах и других источниках напряжения постоянного тока эти стороны (часто называемые клеммами ) обозначаются как положительный (или «+») и отрицательный (или «-»).

Почему у каждого источника электричества есть две стороны? Это восходит к идее «потенциала», а именно к тому, что вам нужна разность напряжений, чтобы заставить электричество течь. Это звучит глупо, но у вас не может быть разницы без двух разных вещей. В любом источнике питания положительная сторона будет иметь более высокое напряжение, чем отрицательная сторона, что нам и нужно. Фактически, когда мы измеряем напряжение, мы обычно говорим, что отрицательная сторона составляет 0 вольт, а положительная сторона — столько вольт, сколько может обеспечить источник питания.

Электрические источники подобны насосам. У насосов всегда есть две стороны: выход, который что-то выдувает, и вход, который что-то всасывает. Батареи, генераторы и солнечные панели работают одинаково. Что-то внутри них усердно работает, перемещая электричество к розетке (положительная сторона), но все это электричество, покидающее устройство, создает пустоту, а это означает, что отрицательная сторона должна втянуть электричество, чтобы заменить его. *

Что мы узнали на данный момент?

• Напряжение потенциально, но электричество должно течь, чтобы делать что-нибудь полезное.
• Электричеству нужен путь, через который должен проходить электрический провод, например медный провод.
• Электричество перетекает с более высокого напряжения на более низкое.
Источники напряжения постоянного тока
• всегда имеют две стороны, называемые положительной и отрицательной, причем положительная сторона имеет более высокое напряжение, чем отрицательная сторона.

Простейшая схема

Наконец-то мы готовы заставить электричество работать на нас! Если мы подключим положительную сторону источника напряжения через что-то, что выполняет некоторую работу, например, светоизлучающий диод (LED), и обратно к отрицательной стороне источника напряжения; электричество, или текущий , будет течь.И мы можем поместить на путь вещи, которые делают полезные вещи, когда через них течет ток, например, светодиоды, которые загораются.

Этот круговой путь, который всегда требуется, чтобы заставить электричество течь и делать что-то полезное, называется цепью. Схема — это путь, который начинается и заканчивается в одном и том же месте, что мы и делаем.

Щелкните эту ссылку, чтобы увидеть симуляцию тока, протекающего по простой цепи. Для этого моделирования требуется запуск Java.

* Бенджамин Франклин первоначально писал, что электричество течет с положительной стороны источника напряжения на отрицательную.Однако Франклин не знал, что электроны на самом деле текут в противоположном направлении — на атомном уровне они выходят из отрицательной стороны и возвращаются обратно в положительную сторону. Поскольку инженеры следовали примеру Франклина на протяжении сотен лет, прежде чем правда была открыта, мы до сих пор используем «неправильное» соглашение. Практически говоря, эта деталь не имеет значения, и пока все используют одно и то же соглашение, мы все можем создавать схемы, которые работают нормально.

Короткие и открытые цепи

Что такое «нагрузка»?

Причина, по которой мы хотим создавать электрические цепи, состоит в том, чтобы заставить электричество делать полезные вещи для нас.Мы делаем это, вставляя в цепь элементы, которые используют текущий поток, чтобы загораться, шуметь, запускать программы и т. Д.

Эти вещи называются нагрузками , потому что они «загружают» источник питания, точно так же, как вы «загружаетесь», когда что-то несете. Точно так же, как вы можете быть загружены слишком большим весом, вы можете слишком сильно перегрузить блок питания, что замедлит ток. Но, в отличие от вас, также можно нагружать цепь слишком мало — это может позволить слишком большому току течь (представьте, что бежите слишком быстро, если вы не несете никакого веса), что может сжечь ваши детали или даже источник питания.

Из следующего руководства вы узнаете все о напряжении, токе и нагрузках: «Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома». Но пока давайте узнаем о двух особых случаях цепи: короткое замыкание и обрыв . Знание об этом очень поможет при устранении неполадок в собственных цепях.

Короткое замыкание

НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО, но если вы подключите провод напрямую от положительной к отрицательной стороне источника питания, вы создадите так называемое короткое замыкание .Это очень плохая идея.

Кажется, это лучшая схема, так почему это плохая идея? Помните, что электрический ток хочет течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению, и если вы добавите нагрузку в ток, вы можете сделать что-то полезное, например, зажечь светодиод.

Если у вас ДЕЙСТВИТЕЛЬНО есть ток нагрузки, ток, протекающий через вашу цепь, будет ограничен тем, что потребляет ваше устройство, что обычно очень мало. Однако, если вы НЕ вставляете ничего, чтобы ограничить текущий поток, не будет ничего, что могло бы замедлить ток, и он будет пытаться быть бесконечным!

Ваш блок питания не может обеспечить бесконечный ток, но он будет обеспечивать его столько, сколько может, а это может быть много.Это может привести к возгоранию вашего провода, повреждению источника питания, разрядке аккумулятора или другим интересным вещам. В большинстве случаев в ваш источник питания будет встроен какой-то предохранительный механизм для ограничения максимального тока в случае короткого замыкания, но не всегда. По этой причине во всех домах и зданиях есть автоматические выключатели, чтобы предотвратить возникновение пожара в случае короткого замыкания в проводке.

Тесно связанная проблема — случайно пропустить слишком большой ток через часть вашей цепи, что приведет к ее сгоранию.Это не совсем короткое замыкание, но оно близко. Чаще всего это происходит, когда вы используете неправильное значение резистора , которое пропускает слишком большой ток через другой компонент, такой как светодиод.

Итог: если вы заметили, что вещи внезапно нагреваются или какая-то деталь внезапно перегорает, немедленно отключите питание и ищите возможные короткие замыкания.

Обрыв цепи

Противоположность короткому замыканию — обрыв цепи .Это схема, в которой петля не полностью подключена (и, следовательно, это вообще не схема).

В отличие от описанного выше короткого замыкания, эта «цепь» ничего не повредит, но и ваша цепь не будет работать. Если вы новичок в схемах, часто бывает трудно найти место разрыва, особенно если вы используете макетные платы, где все проводники скрыты.

Если ваша цепь не работает, наиболее вероятная причина — обрыв цепи. Обычно это происходит из-за обрыва соединения или ослабленного провода.(Короткое замыкание может украсть всю мощность у остальной части вашей схемы, поэтому обязательно ищите и их.)

СОВЕТ: , если вы не можете легко найти, где ваша цепь разомкнута, мультиметр может быть очень полезным инструментом. Если вы настроите его для измерения вольт, вы можете использовать его для проверки напряжения в различных точках вашей питаемой цепи и, в конечном итоге, найти точку, в которой напряжение не проходит.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы только что узнали, в самом простом виде, что такое схема.По мере обучения вы столкнетесь с более сложными схемами, имеющими несколько контуров и большим количеством электронных компонентов. Но ВСЕ схемы, какими бы сложными они ни были, будут следовать тем же правилам, что и базовая схема с одним контуром, о которой вы только что узнали.

Ваше путешествие в мир электроники только начинается. Предлагаем следующие темы для изучения:

• Макетные платы — это полезные инструменты, которые позволяют быстро создавать временные схемы с помощью перемычек.Мы используем их постоянно. Вы также можете освоить работу с проводом, чтобы помочь вам построить свои схемы.
• Мультиметр позволяет измерять напряжение, ток и сопротивление и является большим подспорьем при поиске и устранении неисправностей в цепях.
• Цепи бывают разных размеров, форм и конфигураций. Ознакомьтесь с руководством по последовательным и параллельным схемам, чтобы увидеть, как схемы переходят на новый уровень.

Вот несколько руководств по наиболее распространенным компонентам, которые вы будете использовать при построении схем.

• Отличный способ узнать о схемах — это начать их делать. Наше руководство по светодиодам покажет, как зажечь один или несколько светодиодов.
Резисторы
• — один из наиболее широко используемых компонентов в схемах.
• Конденсаторы также встречаются в большинстве схем. Как и диоды.

Электрическая цепь — Energy Education