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

высвобождающие электроны (частицы электрического тока), которые в результате химической реакции желают переместиться от одного вывода к другому. Представьте ячейки внутри батареи в виде двух резервуаров для воды – один из них полон, второй пуст. Если резервуары соединить друг с другом трубой с вентилем, то при открытии вентиля вода будет перетекать между ними, пока уровень воды в них не станет одинаковым. Эта картина схематично изображена на рис. 1.24. Аналогично, когда вы открываете путь электрическому току от одного полюса батареи к другому, между ними начинают перемещаться электроны, даже если проводящий путь представлен только влагой вашего языка.

В некоторых веществах (таких как влажный язык) электроны передвигаются гораздо свободнее, чем в других (таких как сухой язык).

Рис. 1.24. Электрическую батарею можно представить в виде пары сообщающихся сосудов для воды

Еще несколько опытов с сопротивлением

Исследование языка с помощью мультиметра – это плохо контролируемый эксперимент, поскольку расстояние между щупами может немного отличаться при каждой пробе. Как вы думаете, существенно ли это? Давайте выясним.

Держите щупы мультиметра так, чтобы их концы находились друг от друга на расстоянии в 5 мм. Коснитесь ими влажного языка. Затем разведите щупы на 2 см и попробуйте снова. Какие показания вы получили?

Когда путь протекания электрического тока короткий, сопротивление меньше. В результате сила тока увеличивается.

Попробуйте провести аналогичный эксперимент на руке, как показано на рис. 1.25. Вы можете изменять расстояние между щупами с постоянным шагом, например 5 мм, и отмечать сопротивление, которое показывает ваш мультиметр. Полагаете, что увеличение расстояния между щупами в два раза также вдвое увеличивает показание сопротивления на мультиметре? Как вы можете это доказать или опровергнуть?

Рис. 1.25. Изменяйте расстояние между щупами и записывайте показания мультиметра

Если сопротивление превысит максимально возможное значение для вашего измерительного прибора, то вы увидите ошибку, например, символ «L» вместо цифр. Попробуйте увлажнить кожу и повторите исследование, у вас должен получиться результат. Единственная проблема заключается в том, что при испарении влаги с вашей кожи сопротивление изменится. Видите, насколько сложно контролировать в эксперименте все факторы. Случайные факторы называют также неконтролируемыми переменными.

Осталась еще одна переменная, которую я не упомянул – это величина давления щупа на кожу. Я полагаю, что если вы надавите сильнее, то сопротивление уменьшится. Вы можете это доказать? Подумайте, как можно изменить эксперимент, чтобы исключить эту переменную?

Если вам надоело измерять сопротивление кожи, вы можете попробовать погрузить щупы в стакан с водой. Затем растворите в воде немного соли и проведите измерения еще раз. Не сомневаюсь, вы знаете, что вода проводит электричество, но все не так просто. Важную роль играют примеси в воде.

Как вы думаете, что произойдет, если вы попробуете измерить сопротивление воды, которая вообще не содержит примесей? Первым вашим шагом будет попытка найти чистую воду. Так называемая очищенная вода обычно содержит минералы, добавленные после очистки, поэтому это не то, что вам нужно. Ключевая вода тоже не совсем чистая. То, что вам нужно, – это дистиллированная вода, также известная как деионизированная вода. Ее можно найти в супермаркетах. Скорее всего, вы обнаружите, что сопротивление дистиллированной воды при расстоянии в 2 см между щупами мультиметра окажется выше, чем сопротивление вашего языка. Попробуйте проверить это.

На данный момент это все эксперименты, связанные с сопротивлением, которые я смог придумать. Но у меня еще осталось для вас немного интересных исторических фактов.

Человек, который открыл сопротивление

Георг Симон Ом, изображенный на рис. 1.26, родился в Баварии в 1787 году и большую часть жизни работал в безызвестности, изучая природу электричества с помощью металлической проволоки, которую смастерил самостоятельно (в начале XIX в. не было возможности заехать в строительный магазин за катушкой монтажного провода).

Рис. 1.26. Георг Симон Ом, после того как его наградили за новаторскую работу, большую часть которой он проделал в относительной безызвестности

Невзирая на ограниченность ресурсов и недостаточное знание математики, в 1827 году Ом смог показать, что электрическое сопротивление медного проводника изменяется обратно пропорционально площади его поперечного сечения, а сила протекающего через него тока пропорциональна приложенному напряжению в условиях постоянной температуры. Четырнадцать лет спустя Королевское общество в Лондоне наконец-то признало значимость его работы и наградило медалью Копли. Сегодня его открытие известно как закон Ома. Я объясню его подробнее в эксперименте 4.

Уборка рабочего места и повторное использование компонентов

В предыдущих экспериментах ваша батарея не должна была повредиться или значительно разрядиться. Вы сможете использовать ее снова.

Не забывайте выключить мультиметр перед тем, как убрать его. Многие устройства будут подавать звуковой сигнал как напоминание о выключении, если вы не пользуетесь ими продолжительное время, но некоторые не имеют такой функции. Во включенном состоянии мультиметр потребляет небольшое количество электроэнергии, даже если вы не проводите измерений.

Эксперимент 2. Давайте испортим батарею!

Теперь, чтобы ближе познакомиться с электричеством, вам предстоит сделать то, что в других книгах просят не делать. Вам предстоит накоротко замкнуть батарею (короткое замыкание – это соединение двух полюсов источника питания).

Используйте низковольтную батарею

Эксперимент, который я собираюсь вам предложить, безопасен, но иногда короткое замыкание может быть опасным. Никогда не замыкайте сетевую розетку в доме: будет громкий взрыв, яркая вспышка, провода или инструмент, который вы используете, частично оплавятся, а разлетающиеся частицы расплавленного металла могут обжечь или ослепить вас.

Если вы замкнете автомобильный аккумулятор, ток будет настолько сильным, что батарея может даже взорваться, обдав вас кислотой. Чтобы убедиться в этом, взгляните на парня, изображенного на рис. 1.27.

Рис. 1.27. Падение ключа на клеммы автомобильного аккумулятора может привести к печальным последствиям. Короткое замыкание может быть очень сильным даже при напряжении «всего лишь» 12 В, если аккумулятор достаточно энергоемкий

Литиевые аккумуляторы часто можно встретить в электроинструментах, ноутбуках и в других портативных устройствах. Никогда не замыкайте накоротко такой аккумулятор: он может загореться и обжечь вас. Литиевые аккумуляторы могут загореться, даже если вы не замыкаете их (рис. 1.28). Некоторые старые модели ноутбуков даже взрывались при работе. Инженерам пришлось существенно усовершенствовать литиевые аккумуляторы, чтобы предотвратить такой ход событий. Но замыкание их накоротко по-прежнему очень опасно.

В описанном далее эксперименте используйте только одну щелочную батарею типа АА. Возможно, вам понадобятся защитные очки на тот случай, если батарея окажется дефектной.