Страница 4 из 84
«А»: Один широкоизвестный литературный герой произнес фразу, которая как нельзя более кстати подойдет в качестве краткого ответа на поставленный тобой вопрос. Вот она: «Ни в коем случае и никогда!» И хотя закон Ома прочно лежит в фундаменте электроники, но только как ОДИН из ее краеугольных камней! И потом, в представленном виде, закон Ома описывает только цепи постоянного тока.
«Н»: А какие еще бывают цепи?
«А»: В общем случае — частотно-зависимые цепи переменного тока! А там и математическое описание, и физическая суть много сложнее! Но… давай торопиться медленно.
«Н»: А мы уже в состоянии перейти к рассмотрению цепей переменного тока?
«А»: Да еще не совсем, дружище! Нам еще осталось рассмотреть так называемое параллельное и последовательное соединение. И еще кое-что исключительно важное для понимания сути происходящих процессов… Вот мы говорили об электрической цепи и упоминали об электрической лампочке. Давай теперь изобразим это на бумаге.
«Н»: Только я сам нарисую! У тебя там где-нибудь не найдется лампочки?
«А»: Зачем она тебе?
«Н»: Да чтобы изобразить ее на рисунке, конечно же!
«А»: Да, но для этого совершенно необязательно заканчивать художественный институт! Весь мир уже много десятилетий как изображает электротехнические цепи любой сложности с помощью условных обозначений! Вот я зарисовал несколько простейших цепей. Смотри (рис. 1.4)!
«Н»: Где-то я уже что-то подобное видел. Слева, очевидно, изображена цепь с электрической лампочкой. Верно? А справа я не знаю. И потом, что это за разрыв в цепи?
«А»: Верно, слева обозначена цепь обыкновенного карманного фонарика. Она как видишь, может быть реализована с помощью всего трех элементов! Собственно лампочки, изображенной в виде кружка с двумя заштрихованными секторами, батарейки и выключателя, который ВСЕГДА изображается в виде разрыва цепи. То есть в выключенном состоянии.
«Н»: Понял. С левым рисунком вопросов нет…
«А»: И последнее… Никогда не называй подобные изображения рисунком! Ни простые, ни сложные! Тебя «не поймут»! Так как это не принято ни в электротехнике, ни в электронике. Только — ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ! Усек?
«Н»: Вполне! Так что же за элемент изображен справа?
«А»: А самое обыкновенное электрическое сопротивление, о котором мы уже говорили! То самое R!. Кстати, в электронике этот элемент именуется исключительно — РЕЗИСТОР!
«Н»: А для чего он нужен? Ведь, как я понял, он не светит и не греет?
«А»: Светить, он конечно, не светит! А вот относительно того, что он не греет, согласиться с тобой никак нельзя! А ну давай-ка этот рисуночек, то есть я хотел сказать — эту принципиальную электрическую схему нарисуем отдельно (рис. 1.5)!
«Н»: Эта стрелка, судя по всему, должна символизировать прохождение электрического тока. Так?
«А»: Так! Закон Ома мы с тобой уже усвоили. Потому ответь мне, что это значит, если, на резисторе R имеет место падение напряжения, равное U? И, кроме того, через этот резистор течет ток, равный I?
«Н»: Постой!.. Какое падение?
«А»: Ах да, я забыл упомянуть, что выражение «падение напряжения» эквивалентно выражению «между выводами резистора А и В приложено напряжение U». В данном случае, когда замкнута электрическая цепь, все напряжение, которое вырабатывает батарейка (она же ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ) приложено к выводам резистора А и В. Но мы отвлеклись, а ты так и не ответил на мой вопрос!
«Н»: Ну, это, очевидно, просто значит, что через соответствующий резистор течет и соответствующий ток!..
«А»: Не догоняешь, Незнайкин! Это значит слегка больше, чем ты думаешь! А именно, что ПРОИЗВЕДЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ соответствует ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, которая, выделяясь на данном резисторе, преобразуется в ТЕПЛОТУ!
I x U = Р;
1 АМПЕР х 1 ВОЛЬТ = 1 ВАТТ!
Говорят также, что если по резистору R протекает ток I, то выделяется электрическая мощность, равная:
I2 x R = Р.
«Н»: И это все, на что способен резистор?
«А»: Далеко не все! А теперь, Незнайкин, я жду от тебя разумных пояснений относительно принципиальной схемы, которую предлагаю твоему вниманию теперь. Вот на этом рис. 1.6.
«Н»: Попробую… Как заметил однажды т. Сталин — «Попытка не пытка, не так ли, товарищ Берия?» Итак, пойдем простым логическим путем… На схеме я вижу два резистора, включенных один за другим…
«А»: Насчет логического пути — пойдем лучше вместе! Кстати, в технике подобное включение именуется ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ.
«Н»: Принято… Постой, но ведь через оба резистора течет один и тот же ток! А отсюда следует, что на каждом из этих резисторов имеет место падение напряжения. ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ величине сопротивления данного резистора!
«А»: Молодцом! А теперь даю еще одну вводную. Объясни, как работает принципиальная электрическая схема, изображенная теперь (рис. 1.7)?
«Н»: У меня возникли проблемы с подсчетом напряжения U2, которое падает на резисторах, включенных параллельно…
«А»: Я тебе помогу. Следи за ходом моей шахматной мысли! В точке «С» ток I разветвляется на два тока, соответственно I1 и I2:
I1 + I2= I.
С другой стороны:
U2 = I x Rэкв
Rэкв = (R1∙R2)/(R1 + R2),
I1R1 = I2R2 = U2.
При этом резисторы R1 и R2 образуют, так называемое ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ соединение. Значит, чем БОЛЬШУЮ величину будет иметь, например, резистор Rэкв — тем МЕНЬШИМ будет ток I! Ну вот, после этого можно перейти и к более интересным вещам!
«Н»: Ну теперь эту легкотню я всегда расколю! Последовательное и параллельное соединение вопросов уже не вызовут!
«А»: Ой не говори так! Поскольку в электронике, кроме резисторов, в изобилии и значительно более экзотические компоненты! И потом, ты забыл, что мы собрались коснуться темы о проводниках, изоляторах и полупроводниках?
«Н»: Я просто стеснялся напомнить…
«А»: Ты ли это?… Так вот, электрическое сопротивление того или иного элемента электрической цепи, а значит и материала или вещества, из которого этот элемент изготовлен, зависит от количества в нем свободных электрических зарядов. Поэтому еще на заре электротехники все вещества разделили на две основные группы, а именно: ПРОВОДНИКИ и ИЗОЛЯТОРЫ (или ДИЭЛЕКТРИКИ). К числу проводников, кстати, относится целый ряд растворов и даже газы в определенном состоянии.
«Н»: Ну, а изоляторы?…
«А»: Это, например, стекло, эбонит, бумага, резина и т. д. Следует заметить, что атомы изоляторов устойчивы. Для того, чтобы их внешние электроны перешли в состояние проводимости, иначе говоря, оторвались от своих атомов, нарушив свою связь с ядром, требуется приложение прямо-таки отчаянных усилий! Строго говоря, даже в самых совершенных изоляторах в одном из миллиарда или в одном из сотни миллиардов атомов электрон, в силу некоторых причин, покидает свой атом и становится «пилигримом». Вот этим самым «ИЛИ» и определяется — «плохой» это изолятор, или «хороший»!