Напряжение, ток и сопротивление
С чего начинается электроника: что такое вольты, амперы и омы, если объяснять их через воду в трубах. Есть живая картинка — двигай ползунки и смотри, как закон Ома работает на глазах.
Напряжение, ток и сопротивление
Электричество не видно. Зато прекрасно видно воду — и ведёт она себя так похоже, что через неё удобно объяснить всё главное. Дальше везде: труба — это провод, вода — это заряд, поток воды — это ток.
Круг, по которому всё бежит
Вода сама по себе никуда не потечёт: нужен насос, который поднимает её наверх, и замкнутый круг труб, по которому она вернётся обратно. В электричестве всё так же: батарейка — это насос, а провода, кнопка и лампочка — круг. Разорви круг в любом месте — и остановится всё сразу, а не только там, где разорвал.
Напряжение — это напор
Чем выше насос поднял воду, тем сильнее она давит на трубу. Эту «высоту» в электричестве называют напряжением и меряют в вольтах (В). Пальчиковая батарейка — 1,5 В, плоская — 4,5 В, розетка — 220 В, и разница между ними ровно такая же, как между поливочным шлангом и пожарным.
Важная мелочь: напряжение всегда между двумя точками, как разница высот. Говорить «напряжение в этой точке» без второй точки — всё равно что говорить «эта гора выше» и не сказать, чего выше.
Ток — сколько течёт
Поток воды меряют в литрах в секунду, поток заряда — в амперах (А). Один ампер — это очень много для электроники: светодиод довольствуется 0,02 А (20 мА), лампочка от фонарика берёт около 0,2 А, а стартер в машине — сотни ампер.
В простом круге ток везде одинаковый. Сколько воды вышло из насоса, столько и вернулось: она не пропадает по дороге и не копится в лампочке.
Сопротивление — узкая труба
Поставь на пути воды узкое место — поток сразу упадёт. Это и есть сопротивление, меряется в омах (Ом). У толстого медного провода оно почти нулевое, у нити лампочки — десятки ом, у резистора — столько, сколько на нём написано.
Закон Ома — вся электроника в одной строчке
I = U / R
Ток равен напряжению, делённому на сопротивление. Выше напор — сильнее поток. Уже труба — слабее поток. Больше ничего запоминать не нужно: двигай ползунки и смотри, как это работает.
Живая картинка — появится, когда загрузится страница.
Что из этого следует
- Убери сопротивление — ток станет огромным. Труба без узких мест: насос гонит всё, что может. В электричестве это короткое замыкание — батарейка греется, провода плавятся. Поэтому лампочку нельзя заменить просто проводом.
- Резистор — не вредитель, а сторож. Светодиод сгорает при токе больше 20 мА, и резистор рядом с ним стоит именно для этого.
- Одна и та же цепь, разная работа. Ток в лампочке даёт свет, в моторчике — вращение, в нагревателе — тепло. Считается всё одинаково.
Где аналогия ломается
Вода вытекает из открытой трубы, а заряд из оборванного провода — нет: ему некуда деться, круг разорван. И воду можно набрать в ведро, а «ведра заряда» не бывает — поэтому цепь всегда замкнутая. Пока речь о батарейке, лампочке и резисторе, аналогия работает; дальше, с конденсаторами и переменным током, ей на смену приходят другие картинки.