Книга Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
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.
Математика вашего языка
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.
Литиевые аккумуляторы также имеют низкое внутреннее сопротивление, что делает их очень опасными при замыкании.
Внимание!
Опасность представляет не только высокое напряжение, но и слишком большой ток. Не забывайте это важное правило электробезопасности.
Единицы измерения мощности
Я до сих пор не упоминал о ваттах, единице измерения, которая знакома всем.
Ватт – это единица измерения мощности. Например, если какая-то сила приложена в течение определенного промежутка времени, то она совершает работу. Инженер мог бы сказать, что работа совершается тогда, когда человек, животное или машина толкает что-либо, чтобы преодолеть механическое сопротивление. Примерами могут служить автомобиль, который едет по горизонтальному участку дороги (преодолевая силу трения и сопротивление воздуха), или человек, поднимающийся по лестнице (преодолевая силу тяжести).
Когда один ватт мощности действует в течение одной секунды, совершенная работа равна одному джоулю, обычно она обозначается буквой J. Если через Р обозначить мощность, то:
J = Р × S
Вот обратная формула:
Р = J / S
Когда электроны проходят по цепи, они преодолевают некоторое сопротивление и поэтому совершают работу. В электротехнике определение ватта очень простое:
ватты = вольты × амперы
Если использовать привычные единицы и обозначить мощность в ваттах через W, то следующие три формулы будут равнозначны:
W = V × I (ватты = вольты × амперы)
V = W / I
I = W / V
Термины милливатты (мВт), киловатты (кВт) и мегаватты (МВт) широко используются в разных ситуациях. Мегаватты обычно относят к мощному оборудованию, например к генераторам на электростанциях. Старайтесь не путать строчную букву «м» в аббревиатуре мВт с прописной «М» в аббревиатуре МВт. Пересчет для единиц мощности приведен в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Мощность старых ламп накаливания указывалась в ваттах. То же и для стереосистем. Ватт был назван в честь Джеймса Уатта, изобретателя парового двигателя. Кстати, ватты могут быть переведены в лошадиные силы, и наоборот.
Резисторы, как правило, рассчитаны на мощность 0,25, 0,5, 1 Вт и выше. Для всех устройств, описываемых в этой книге, подойдут резисторы на 0,25 Вт. Откуда я это знаю?
Вернемся к первой цепи со светодиодом, которая питается от 9-вольтовой батареи. Помните, нам требовалось, чтобы резистор понижал напряжение на 7 В при силе тока в 20 мА. Какая мощность в ваттах пришлась бы на этот резистор?
Запишем известные величины:
V = 7 (разность потенциалов для резистора)
I = 20 мА = 0,02 А
Нужно найти параметр W, поэтому запишем формулу так:
W = V × I
Подставим числа:
W = 7 × 0,02 = 0,14 Вт
Вот какая мощность будет рассеиваться резистором.
Резистор,
