потенциометром. Удалите 470-омный резистор и подключите резистор номиналом 1 кОм (с полосками коричневого, черного и красного цвета), как показано на рис. 1.53. Теперь сопротивление в цепи обеспечивают только потенциометр номиналом 1 кОм и постоянный резистор 1 кОм.

Замечание

Мультиметр также обладает некоторым сопротивлением, но оно настолько мало, что мы можем его не учитывать. Провода и зажимы «крокодил» также имеют незначительное сопротивление, но оно даже меньше, чем у мультиметра.

Поверните потенциометр по часовой стрелке до упора, обеспечив таким образом почти нулевое сопротивление. В цепи у вас сейчас только 1000 Ом от постоянного резистора. Какую силу тока показывает ваш мультиметр?

Установите движок потенциометра в среднее положение, чтобы его сопротивление составляло около 500 Ом. Общее сопротивление цепи теперь приблизительно 1500 Ом. Какую силу тока показывает ваш мультиметр сейчас?

Поверните ось потенциометра против часовой стрелки до упора, чтобы его полный номинал плюс номинал резистора в сумме давали 2000 Ом. Какая сила тока сейчас?

Когда я пытался это сделать, у меня получились такие результаты:

9 мА при общем сопротивлении 1 кОм

6 мА при общем сопротивлении 1,5 кОм

4,5 мА при общем сопротивлении 2 кОм

У вас должны быть примерно такие же значения.

Рис. 1.53. В этом последнем эксперименте нет даже светодиода

Заметили кое-что интересное? В каждой строчке, если вы умножите число слева на число справа, в результате получится 9. И напряжение батареи составляет в точности 9 вольт. Мы провели только три измерения, но если вы проведете ряд экспериментов с помощью набора постоянных резисторов, держу пари, результат будет таким же.

Можно резюмировать все это так:

Напряжение батареи в вольтах = миллиамперы × килоомы

Но, погодите-ка, 1 кОм – это 1000 Ом, а 1 мА – это 1/1000 ампера. В результате, если задать основные единицы измерения (вольты, амперы и омы), наша формула должна выглядеть так:

Напряжение в вольтах = (амперы / 1000) × (омы × 1000)

Здесь символ /, который часто называют словом «слеш», означает операцию деления.

Два коэффициента 1000 взаимно сокращаются, и поэтому мы получаем:

вольты = амперы × омы

Данное равенство называется законом Ома. Этот закон основополагающий для электротехники.

Закон Ома

Общепринятый способ записи закона Ома таков:

напряжение = сила тока × сопротивление

Обычно его сокращают так:

V = I × R

Буква I обозначает поток электричества, потому что первоначально сила тока измерялась по его индуктивности, т. е. по способности создавать магнитный эффект. Возможно, было бы понятнее обозначать силу тока какой-либо другой буквой, например С, но сейчас уже слишком поздно убеждать кого-либо в этом. Просто запомните, что буква I обозначает силу тока.

Меняя обозначения местами, вы получите следующие формулы:

I = V / R

R = V / I

Чтобы применять эти формулы, вы должны убедиться в том, что значения приведены в соответствующих единицах. Если напряжение (V) измерено в вольтах, сила тока (I) в амперах, то сопротивление (R) должно быть измерено в омах.

А что если вы измерили силу тока в миллиамперах? Вы должны выразить ее в амперах. Например, сила тока в 30 мА должна быть представлена в формуле как 0,03, потому что 0,03 А = 30 мА. Если вы путаетесь, используйте калькулятор, чтобы разделить величину в миллиамперах на 1000 и получить значение в амперах. Подобным же образом разделите значение в милливольтах на 1000, чтобы получить величину в вольтах.

Чтобы уменьшить вероятность ошибок, можно запомнить закон Ома, сформулированный в основных единицах:

вольты = амперы × омы

амперы = вольты / омы

омы = вольты / амперы

Замечание

Не забывайте, что вольты измеряются как разность потенциалов между двумя точками в простой цепи. Омы – это сопротивление между этими же двумя точками. Амперы – это сила тока, протекающего по всей цепи.

Последовательное и параллельное подключение

В предыдущей схеме резистор и потенциометр были подключены последовательно, и это означает, что электрический ток сначала проходит через один компонент, а затем через другой. Также их можно соединить «бок о бок», или параллельно.

Замечание

При последовательном соединении резисторы следуют один за другим. При параллельном соединении резисторы располагаются «бок о бок».

Если вы соединяете два одинаковых резистора последовательно, то удваиваете общее сопротивление, т. к. электричество должно преодолевать два барьера поочередно (рис. 1.54).

Когда вы соединяете два одинаковых резистора параллельно, то уменьшаете общее сопротивление пополам, т. к. создаете два пути с равным сопротивлением вместо одного (рис. 1.55).

На обоих рисунках сила тока в миллиамперах была вычислена с помощью закона Ома.

Рис. 1.54. Два резистора с одинаковым номиналом соединены последовательно

В реальности у нас нет необходимости соединять резисторы параллельно, но мы часто подключаем параллельно другие компоненты. Все лампочки в вашем доме, например, подключены параллельно к основному источнику питания. Важно понять, что при параллельном соединении компонентов суммарное сопротивление цепи снижается. В то же время, если вы добавляете больше путей для электрического тока, общая сила тока в цепи увеличивается.

Применение закона Ома

Закон Ома исключительно полезен. Например, он поможет точно рассчитать, какое последовательное сопротивление нужно добавить к светодиоду, чтобы защитить его и вместе с тем обеспечить максимум яркости.

Первый этап – ознакомиться с характеристиками светодиода, предоставленными производителем. Эта информация легко доступна в паспорте изделия, который вы можете найти онлайн. Предположим, у вас есть светодиод, выпущенный компанией Vishay Semiconductors. Вы знаете номер модели, TLHR5400, т. к. он был напечатан на ярлыке, когда вы получали набор светодиодов по почте, и вы отрезали ярлык и храните его вместе со светодиодами. (Рекомендую всегда делать именно так.)

Рис. 1.55. Два резистора с одинаковым номиналом соединены параллельно

Все, что вам необходимо сделать – это ввести в поле поиска на сайте Google марку компонента и название компании-производителя:

vishay tlhr5400

Давайте продолжим работу со светодиодом Vishay. Теперь вы знаете, что он хорошо работает при напряжении 2 В и токе в 20 мА, закон Ома подскажет вам остальное.

Самый первый результат – это паспорт изделия, предлагаемого компанией Vishay. Прокрутите страницу, и вы увидите информацию, которая вам необходима. Фрагмент снимка экрана