Напряжение и как оно работает

Вы, наверное, слышали, что аккумулятор или розетка имеют определенное количествовольты. Это измерение электрического тока.потенциалвырабатывается аккумулятором или электрической сетью, подключенной к сетевой розетке.

Все эти вольты ждут, пока вы их используете, но есть одна загвоздка:Чтобы электричество могло совершать какую-либо работу, оно должно иметь возможность двигаться.. Это что-то вроде надутого воздушного шара; если его отщипнуть, там есть воздух, которыймогсделайте что-нибудь, если оно выпущено, но на самом деле оно ничего не сделает, пока вы его не выпустите.

В отличие от воздуха, выходящего из воздушного шара, электричество может течь только через материалы, которые могут проводить электричество, например медную проволоку. Если вы подключаете провод к аккумулятору или сетевой розетке (ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:напряжение в розетке опасно, не делайте этого!), вы укажете путь электричеству. Но если провод не подключен ни к чему другому, электричеству некуда будет идти, и оно все равно не будет двигаться.

Что заставляет электричество двигаться?Электричество хочет течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению.Это точно так же, как с воздушным шаром: воздух под давлением в воздушном шаре хочет течь изнутри воздушного шара (более высокое давление) наружу (более низкое давление). Если вы создадите проводящий путь между более высоким и более низким напряжением, электричество будет течь по этому пути. И если вы вставите в этот путь что-то полезное, например светодиод, протекающее электричество сделает за вас некоторую работу, например, зажжет этот светодиод. Ура!

Итак, где же найти более высокое и более низкое напряжение? Вот что действительно полезно знать:У каждого источника электричества есть две стороны. Вы можете увидеть это на батареях, которые имеют металлические колпачки на обоих концах, или на настенной розетке с двумя (или более) отверстиями. В аккумуляторах и др.DC (постоянный ток)источники напряжения, эти стороны (часто называемыетерминалы) названыпозитивный(или «+»), иотрицательный(или "-").

Почему каждый источник электричества имеет две стороны? Это восходит к идее «потенциала» и к тому, что вам нужна разница напряжений, чтобы заставить электричество течь. Это звучит глупо, но не может быть различий, если две вещи не будут разными. В любом источнике питания положительная сторона будет иметь более высокое напряжение, чем отрицательная, а это именно то, что нам нужно. Фактически, когда мы измеряем напряжение, мы обычно говорим, что отрицательная сторона равна 0 В, а положительная сторона равна тому количеству вольт, которое может обеспечить источник питания.

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

Что мы узнали на данный момент?

• Напряжение потенциально, но для того, чтобы сделать что-нибудь полезное, электричество должно течь.
• Для прохождения электричества необходим путь, который должен представлять собой электрический проводник, например медный провод.
• Электричество будет течь от более высокого напряжения к более низкому напряжению.
• Источники постоянного напряжения всегда имеют две стороны, называемые положительной и отрицательной, причем на положительной стороне напряжение выше, чем на отрицательной.

Простейшая схема

Мы наконец готовы заставить электричество работать на нас! Если мы подключим положительную сторону источника напряжения через что-то, что выполняет некоторую работу, например светоизлучающий диод (светодиод), и обратно к отрицательной стороне источника напряжения; электричество, илитекущий, потечет. И мы можем разместить на пути вещи, которые будут выполнять полезные действия, когда через них протекает ток, например, загорающиеся светодиоды.

Этот круговой путь, который всегда необходим для прохождения электричества и выполнения чего-то полезного, называется контуром.Круг — это путь, который начинается и заканчивается в одном и том же месте, и именно это мы и делаем.

Нажмите на эту ссылкучтобы увидеть симуляцию тока, протекающего через простую цепь. Для запуска этого моделирования требуется Java.

*Бенджамин Франклин первоначально писал, что электричество течет от положительной стороны источника напряжения к отрицательной. Однако Франклин не мог знать об этом.электроны на самом деле движутся в противоположном направлении- на атомном уровне они выходят из отрицательной стороны и возвращаются в положительную сторону. Поскольку инженеры следовали примеру Франклина в течение сотен лет, прежде чем истина была открыта, мы до сих пор используем «неправильное» соглашение. На практике эта деталь не имеет значения, и пока все используют одно и то же соглашение, мы все можем создавать схемы, которые отлично работают.

Короткие и открытые цепи

Что такое «Нагрузка»?

Причина, по которой мы хотим создавать электрические цепи, заключается в том, чтобы заставить электричество делать для нас полезные вещи. Мы делаем это, помещая в цепь вещи, которые используют ток для освещения, создания шума, запуска программ и т. д.

Эти вещи называютсянагрузки, потому что они «нагружают» блок питания, точно так же, как «нагружаете» вас, когда что-то несете. Точно так же, как вы можете быть нагружены слишком большим весом, можно слишком сильно нагрузить источник питания, что замедлит протекание тока. Но, в отличие от вас, также можно слишком мало нагрузить цепь — это может привести к протеканию слишком большого тока (представьте, что вы работаете слишком быстро, если вы не несете никакого веса), что может сжечь ваши детали или даже источник питания.

В следующем уроке вы узнаете все о напряжении, токе и нагрузках:Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома. А пока давайте узнаем о двух особых случаях схемы:короткое замыкание, иразомкнутая цепь. Знание об этом очень поможет при устранении неполадок в собственных цепях.

Короткое замыкание

НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО, но если вы подключите провод напрямую от положительного к отрицательному выводу источника питания, вы создадите то, что называетсякороткое замыкание. Это очень плохая идея.

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

Если у вас ДЕЙСТВИТЕЛЬНО есть нагрузка по току, ток, протекающий через вашу цепь, будет ограничен величиной, потребляемой вашим устройством, что обычно составляет очень небольшую величину. Однако, если вы НЕ вставите ничего, чтобы ограничить ток, не будет ничего, что могло бы замедлить ток, и он попытается стать бесконечным!

Ваш источник питания не может обеспечить бесконечный ток, но он обеспечит столько, сколько сможет, а это может быть много. Это может привести к возгоранию провода, повреждению блока питания, разрядке аккумулятора или другим неприятным последствиям. В большинстве случаев в ваш источник питания встроен какой-то механизм безопасности, ограничивающий максимальный ток в случае короткого замыкания, но не всегда. Именно по этой причине все дома и здания имеютавтоматические выключатели, чтобы предотвратить возгорание в случае короткого замыкания где-нибудь в проводке.

Тесно связанная проблема заключается в том, что через часть вашей цепи случайно протекает слишком большой ток, что приводит к ее сгоранию. Это не совсем короткое замыкание, но близко к этому. Чаще всего это происходит при неправильном использованиирезисторзначение, которое пропускает слишком большой ток через другой компонент, например светодиод.

Итог:если вы заметили, что вещи внезапно стали горячими или какая-то деталь внезапно перегорела, немедленно отключите питание и поищите возможные короткие замыкания.

Открытая цепь

Противоположностью короткому замыканию являетсяразомкнутая цепь. Это схема, в которой контур не полностью подключен (и, следовательно, на самом деле это вообще не схема).

В отличие от короткого замыкания, описанного выше, от этой «цепи» ничего не пострадает, но и ваша схема работать не будет. Если вы новичок в схемах, часто бывает сложно найти место обрыва, особенно если вы используетемакетыгде спрятаны все проводники.

Если ваша цепь не работает, наиболее вероятной причиной является разрыв цепи.Обычно это происходит из-за обрыва соединения или ослабления провода. (Короткие замыкания могут отнять всю мощность у остальной части вашей цепи, поэтому обязательно ищите их.)

КОНЧИК:если вы не можете легко найти, где ваша цепь разомкнута,мультиметрможет быть очень полезным инструментом. Если вы настроите его на измерение напряжения, вы сможете использовать его для проверки напряжения в различных точках питаемой цепи и в конечном итоге найти точку, через которую напряжение не проходит.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Вы только что узнали в самой базовой форме, что такое схема. Продолжая учиться, вы столкнетесь с более сложными схемами, имеющими несколько контуров и множество электронных компонентов. Но ВСЕ схемы, какими бы сложными они ни были, подчиняются тем же правилам, что и базовая одноконтурная схема, о которой вы только что узнали.

Ваше путешествие в электронику только начинается, вот несколько рекомендуемых тем для изучения:

• Макеты— это полезные инструменты, которые позволяют быстро создавать временные цепи с помощью перемычек. Мы используем их постоянно. Вы также можете захотеть освоитьработа с проволокойчтобы помочь вам построить свои схемы.
• Амультиметрпозволяет измерять напряжение, ток и сопротивление и очень помогает при поиске и устранении неисправностей в цепях.
• Схемы бывают разных размеров, форм и конфигураций. Проверьтепоследовательные и параллельные схемыучебник, чтобы увидеть схемы, выведенные на новый уровень.

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

• Отличный способ узнать о схемах — начать их создавать. НашУчебное пособие по светодиодампокажет, как зажечь один или несколько светодиодов.
• Резисторыявляются одним из наиболее широко используемых компонентов в схемах.
• Конденсаторытакже встречаются в большинстве схем. Как иДиоды.
• —— https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-a-circuit