Текстовая версия:

Этот второй дополнительный урок. В первом мы затронули основы программирования, в этом рассмотрим основы электротехники, разберем основные понятия и определения. Мы будем рассматривать только обычный постоянный ток в металлических проводниках (т.е. обычных проводах). Чем отличается переменный ток от постоянного? Переменный ток изменяет свою величину и направление. Именно такой ток у нас в розетках, его мы рассматривать не будем. Постоянный ток, это просто движение заряженных частиц внутри проводника. Для нас достаточно понимать, что ток перемещается от «плюса» к «минусу». 

Собранная схема, которая предусматривает работу с током, называется «электрическая цепь», мы будем говорить просто «цепь».

Однако просто так соединить плюс и минус проводом нельзя ни в коем случаи. Это называется «короткое замыкание», когда в цепи нет никакого сопротивления, ток начинает бежать там бесконтрольно. Что происходит во время короткого замыкания? Когда ток протекает через любой проводник, происходит нагрев. Чем больше сила тока на участке цепи, тем сильнее нагрев. Обратимся к закону Ома: U=I*R. Обсюда I = U/R.

Т.е. чем больше сопротивление, тем меньше сила тока и соответственно нагрев. Если взять напряжение 5В (как в плате Arduino) и замкнуть цепь без сопротивления (сопротивления соединительного провода примерно равно 0.5Ом). Тогда сила тока будет I= 5/0.5= 10А. Это очень много, в автомобильном аккумуляторе, например 12А. Ничего удивительного, что в такой ситуации ток появится всего на несколько мгновений, а потом в каком-нибудь месте просто расплавится проводник. 

В электротехнике существует два способа соединить элементы в цепи – последовательно и параллельно (последовательное и параллельное соединения). Как выглядят эти способы можно увидеть на следующих картинках:

Последовательное соединение:

Последовательное соединение и его свойства

При последовательном соединении напряжение на полюсах соединения равно сумме напряжений на отдельных элементах (напряжение разделяется обратно пропорционально сопротивлению), а сила тока одинакова на всех участках цепи.

Т.е U=U1+U2, I=I1=I2

Получается, если на вход подается 3 Вольта, R1 = 10 Oм, R2 = 20 Ом, то измерив напряжение между A и B, мы получим 1 Вольт, а между B и C – 2 Вольта. Именно так и работает делитель напряжения. 

Параллельное соединение:

Параллельное соединение и его свойства

При параллельном соединении сила тока в участке до или после разветвления цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках, а напряжение на концах разветвления, а так же на каждом из проводников одинаково.

Т.е U=U1=U2, I=I1+I2

Данной особенностью можно пользоваться при необходимости понизить какой-то из параметров электрической цепи. Допустим, у нас есть источник питания на 1 ампер и от него нужно зажечь лампочку на 0,5 ампер. Если подключить лампочку к источнику питания напрямую, то она просто сгорит. Для решения этой проблемы можно параллельно вместе с лампочкой подключить резистор, сопротивление которого равно сопротивлению лампочки. Таким образом, по закону Ома общий ток цепи поделится поровну между лампочкой и резистором по 0,5 ампер на каждом из элементов.