Що таке напруга і струм, початківцям, статті
Що таке напруга і струм
Напруга і струм - це кількісні поняття, про які слід пам'ятати завжди, коли справа стосується електронної схеми. Зазвичай вони змінюються в часі, в іншому випадку робота схеми не представляє інтересу.
Напруга (умовне позначення: U, іноді Е). Напруга між двома точками - це енергія (або робота), яка витрачається на переміщення одиничного позитивного заряду з точки з низьким потенціалом в точку з високим потенціалом (т. Е. Перша точка має більш негативний потенціал в порівнянні з другою). Інакше кажучи, це енергія, яка вивільняється, коли одиничний заряд «сповзає» від високого потенціалу до низького. Напруга називають також різницею потенціалів або електрорушійної силою (е. Д. С). Одиницею виміру напруги служить вольт. Зазвичай напруга вимірюють у вольтах (В), кіловольтах (1 кВ = 10 3 В), мілівольтах (1 мВ = 10 -3 В) або мікровольтах (1 мкВ = 10 -6 В). Для того щоб перемістити заряд величиною 1 кулон між точками, що мають різницю потенціалів величиною 1 вольт, необхідно зробити роботу в 1 джоуль. (Кулон служить одиницею виміру електричного заряду і дорівнює заряду приблизно 6 * 10 18 електронів.) Напруга, яка вимірюється в нановольтах (1 НВ = 10 -9 В) або в МегаВольт (1 МВ = 10 6 В) зустрічається рідко.
Струм (умовне позначення: I). Струм - це швидкість переміщення електричного заряду в точці. Одиницею вимірювання струму служить ампер. Зазвичай ток вимірюють в амперах (А), міліамперах (1 мА = 10 -3 А), мікроамперах (1 мкА = 10 -6 А), наноампер (1 нА = 10 -9 А) і іноді в пікоампер (1 ПКА = 10 -12 А). Струм величиною 1 ампер створюється переміщенням заряду величиною 1 кулон за час, що дорівнює 1 с. Домовилися вважати, що струм в ланцюзі протікає від точки з більш позитивним потенціалом до точки з більш негативним потенціалом, хоча електрон переміщується в протилежному напрямку.
Запам'ятайте: напруга завжди вимірюється між двома точками схеми, струм завжди протікає через точку в схемі або через який-небудь елемент схеми.
Говорити «напруга в резисторі» не можна - це неграмотно. Однак часто говорять про напругу в какойлібо точці схеми. При цьому завжди мають на увазі напруга між цією точкою і «землею», тобто такою точкою схеми, потенціал якої всім відомий. Скоро ви звикнете до такого способу вимірювання напруги.
Напруга створюється шляхом впливу на електричні заряди в таких пристроях, як батареї (електрохімічні реакції), генератори (взаємодія магнітних сил), сонячні батареї (фотогальванічні ефект енергії фотонів) і т. П. Ток ми отримуємо, прикладаючи напругу між точками схеми.
Тут, мабуть, може виникнути питання: а що ж таке напруга і струм насправді, як вони виглядають? Для того щоб відповісти на це питання, найкраще скористатися таким електронним приладом, як осцилограф. З його допомогою можна спостерігати напруга (а іноді і ток) як функцію, що змінюється в часі.
У реальних схемах ми з'єднуємо елементи між собою за допомогою проводів, металевих провідників, кожен з яких в кожній своїй точці має одним і тим же напругою (по відношенню, скажімо, до землі). В області високих частот або низьких повних опорів це твердження не зовсім справедливо. Зараз же приймемо це допущення на віру. Ми згадали про це для того, щоб ви зрозуміли, що реальна схема не обов'язково повинна виглядати як її схематичне зображення, так як дроти можна з'єднувати по-різному.
Запам'ятайте кілька простих правил, що стосуються струму і напруги:
Сума струмів, що втікають в точку, дорівнює сумі струмів, що випливають з неї (збереження заряду). Іноді це правило називають законом Кірхгофа для струмів. Інженери люблять називати таку точку схеми вузлом. З цього правила випливає наслідок: в послідовному ланцюзі (представляє собою групу елементів, що мають по два кінця і з'єднаних цими кінцями один з іншим) струм у всіх точках однаковий.
При паралельному з'єднанні елементів (рис. 1) напруга на кожному з елементів однаково. Інакше кажучи, сума падінь напруги між точками А і В, виміряна по будь-якої гілки схеми, що з'єднує ці точки, однакова і дорівнює напрузі між точками А і В. Іноді це правило формулюється так: сума падінь напруги в будь-якому замкнутому контурі схеми дорівнює нулю. Це закон Кірхгофа для напруг.
Потужність (робота, здійснена за одиницю часу), споживана схемою, визначається наступним чином:
Згадаймо, як ми визначили напруга і струм, і отримаємо, що потужність дорівнює: (робота / заряд) * (заряд / од. Часу). Якщо напруга U виміряна в вольтах, а струм I - в амперах, то потужність Р буде виражена в ватах. Потужність величиною 1 ват - це робота в 1 джоуль, досконала за 1 с (1 Вт = 1 Дж / с).
Потужність розсіюється у вигляді тепла (як правило) або іноді витрачається на механічну роботу (мотори), переходить в енергію випромінювання (лампи, нередатчікі) або накопичується (батареї, конденсатори). При розробці складної системи одним з основних є питання визначення її теплового навантаження (візьмемо, наприклад, обчислювальну машину, в якій побічним продуктом декількох сторінок результатів рішення задачі стають багато кіловати електричної енергії, що розсіюється в простір у вигляді тепла).
Надалі при вивченні періодично змінюються струмів і напруг ми узагальнимо просте вираження Р = UI. У такому вигляді воно справедливо для визначення миттєвого значення потужності. До речі, запам'ятайте, що не потрібно називати струм силою струму - це неграмотно.