Знакомство с электричеством и другими величинами измерения

Уроки юного конструктора

Можно ли сесть за руль автомобиля, не зная, как запустить двигатель и для чего нужны педали и ручки управления?

Конечно, нет, скажете вы. Сначала надо ознакомиться с назначением каждой ручки, выучить строение автомобиля, а потом уже ездить на нем. Так и с нашими конструкциями. В них используются разнообразнейшие детали, каждая из которых выполняет свою заранее установленную функцию. Чтобы создать любое устройство, надо знать, для чего нужны детали, входящие в него, уметь проверять их, соединять между собой, налаживать созданную конструкцию.

Получить базовые знания об электрическом токе, радиодеталях и правилах создания изделий вам поможет этот раздел. Конечно, не все сведения, которые помещены в нем, будут понятны после первого прочтения. Не огорчайтесь – практика вам поможет! Главное – хорошо выучите правила безопасности работы и смелее беритесь за нее. А к этим материалам, имеющим в основном ознакомительный характер, обращайтесь при возникновении вопросов.

Знакомство с электричеством и другими величинами измерения

Представьте большой резервуар с водой, находящейся под давлением, которая в любой момент может вырваться наружу. От резервуара отходит труба с краном. Открыли кран, и вода полилась через трубу в бассейн. Если диаметр трубы маленький, скорость потока небольшая. С увеличением диаметра трубы вырастает и скорость потока. Происходит это потому, что труба с большим диаметром оказывает меньшее сопротивление напору воды, и она вытекает с более высокой скоростью.

Предположим, что резервуар с водой – это источник электрической энергии, который имеет определенное напряжение (давление воды), а труба – нагрузка, сопротивление (диаметр трубы), которое может изменяться. Тогда водный поток можно воспринять как электрический ток, который проходит через нагрузку.

Пока сопротивление нагрузки маленькое (диаметр трубы большой), через него идет значительный ток (большая скорость потока). Если же сопротивление возрастает (уменьшается диаметр трубы), электрический ток (скорость потока), наоборот, уменьшается. По такой аналогии вы, наверное, можете самостоятельно определить, как изменится ток при увеличении напряжения (повышении давления воды в резервуаре).

А теперь перейдем к единицам измерения напряжения, тока и сопротивления. Напряжениеизмеряют в вольтах , обозначая эту единицу буквой В (в английском варианте – V ). Если вы посмотрите на этикетку, например пальчиковой батарейки, то заметите на ней надпись «1,5 В». Это значит, что напряжение батареи 1,5 В. На этикетке также есть знаки «+» и «‑», чаще всего просто «+», что означает полярность выводов. Она указывает, в каком направлении будет идти ток, если к батарее подключить нагрузку, скажем, лампочку карманного фонаря.

Вы все, конечно, видели такую лампочку и знаете, что внутри стеклянного баллона в ней подвешен тонкий металлический волосок. Один его конец припаян к нарезной части лампочки, а второй – к контакту внизу. Нарезная часть и контакт – это выводы лампочки. Как только их подключают к выводам батареи, через волосок лампочки начинает течь электрический ток. Направление его будет определено – от плюсового вывода батареи к минусовому. Поскольку ток идет в одном направлении непрерывно, его называют постоянным, напряжение также – постоянным (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Подключение лампочки к батарее питания.

На рис. 1.2 показано, как данная цепь будет выглядеть на принципиальной схеме. Именно такие схемы мы научимся читать и подбирать к ним детали.

Рис. 1.2. Принципиальная схема подключения лампочки к батарейке.

Вернемся к электричеству. «А почему же не указывают полярности на гнездах сетевой розетки?» – спросите вы.

Дело в том, что сетевое напряжение переменное. Это значит, что в одном гнезде розетки напряжения плюс, в другом минус, и наоборот. Такое изменение полярности происходит 100 раз за секунду. При включении в розетку, например, настольной лампы через ее волосок потечет ток, направление которого будет изменяться столько же раз за секунду, сколько и полярность напряжения.

Силу электрического токаизмеряют в амперах, обозначая эту единицу буквойА . Тем не менее на практике такой ток встречается крайне редко, поэтому используют меньшую единицу – миллиампер – тысячную частицу ампера, которую обозначают буквами мА . Существует и другая меньшая единица – микроампер (мкА ), и применяется она для описания токов в микромощных электронных схемах.

Очень часто вам придется иметь дело с такой единицей измерения, каксопротивление. Измеряют его в омах (условное обозначениеОм ). Кроме этой единицы, используют большие единицы: килоом (1 кОм = 1000 Ом) и мегом (1 МОм = 1000 кОм = 1 000 000 Ом).

Когда прохождение тока через проводник вызывает появление магнитного поля и в этом поле, окружающем проводник, накапливается энергия – то это величина измерения будет называться индуктивностью. Основное свойство индуктивности состоит в том, что она оказывает сопротивление изменениям протекающего тока. Основная единица измерения индуктивности – генри (Гн ). На практике используются такие единицы, как миллигенри (мГн ) – одна тысячная генри – и микрогенри (мкГн ) – одна на миллион генри.

Существует еще одна довольно распространенная величина – электрическая емкость. Она характеризует способность удерживать электрический заряд. Основная единица измерения емкости – фарада (Ф ). Фарада – это очень большая емкость, нечасто используемая в электронных схемах, поэтому мы обычно имеем дело с микрофарадами (мкФ ) – миллионными долями фарады – и пикофарадами (пФ ) – миллионными долями микрофарады. Нужно заметить, что конденсатор емкостью в несколько фарад способен некоторое время работать как аккумулятор. Поэтому многие умельцы ставят их в стационарные электронные часы, чтобы при пропадании электроэнергии, например кратковременном, они могли работать и не сбить свой ход.

В звукоусилительной технике часто используется единица измерения децибел (дБ ) – это чувствительность человеческого уха к изменению звуковой мощности.

Мощность– это работа, выполненная в единицу времени. На практике (в том числе и в электронике) в качестве единицы мощности применяется ватт (Вт ). В электрических схемах мощность равна напряжению на схемном компоненте или участке цепи, умноженному на ток, протекающий через них. Например, если напряжение 9 В приложено к некоторому компоненту или ко всей схеме и вызывает в них ток 0,5 А, то полная мощность будет равна 9 умножить на 0,5, то есть 4,5 Вт. Стоит отметить, что мощность в любом активном сопротивлении, в том числе в соединительных проводах и резисторах, выделяется в виде тепла.

Существует также единица отклонений от номинальных значений радиодеталей. Данная величина измеряется в процентах, и чем она ниже, тем лучше. В электронике это редко имеет столь большое значение. Более важна ваша внимательность и терпение.